JP6461054B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンと、当該エンジンからの動力を駆動輪側へ伝達する自動変速機と、を備える車両の制御装置に関するものである。
油圧制御を通じて複数の係合要素(例えばクラッチ)を選択的に係合または解放させることにより変速比が異なる複数のギヤ段を成立させる自動変速機に関し、従来から、油圧の制御によって変速ショックを緩和するための様々な手法が提案されている。
例えば、特許文献1には、パワーオン状態で、クラッチツウクラッチのダウンシフト指令が出されると、高速段側クラッチ油圧を低下させ、これにより変速機の入力回転速度の上昇の開始を検出すると、入力回転速度の上昇速度が所定値となるように高速段側クラッチ油圧をフィードバック制御し、入力回転速度が低速段同期回転速度付近になったことを検出した後、低速段側クラッチ油圧を徐々に上昇させると共に、高速段側クラッチ油圧を入力回転速度に基づいてフィードバック制御しながら低下させることが提案されている。
この特許文献1のものによれば、入力回転速度を監視しながら高速段側クラッチ油圧をフィードバック制御するので、スムーズな油圧の切換えを行うことができ、これにより、クラッチのばらつき(機差)があっても、変速ショックを緩和することができるとされている。
特開平11−013869号公報
しかしながら、上記特許文献1のもののように、変速機の入力回転速度を監視しながら高速段側(解放側)クラッチ油圧をフィードバック制御する手法には、以下のような問題がある。
すなわち、パワーオンダウンシフト変速の変速終盤(トルク相)において、指示油圧に対する低速段側(係合側)クラッチ油圧の実圧の応答遅れや機差の影響によって、目標圧通りにクラッチの架け替えを実現することができなかった場合には、タービン回転速度の吹き上がり(所謂タービン吹き)が生じることがある。このようなタービン吹きが生じた場合には、解放側クラッチ油圧の低下によって出力軸トルクが落ち込んだ後、タービン回転速度を係合側クラッチ油圧で引き下げることによってイナーシャショックが発生するおそれがある。このようなイナーシャショックの発生を抑えつつタービン吹きを抑制するには、タービン回転速度を引き下げるイナーシャ分も解放側クラッチ油圧が受け持つ必要があるため、上記特許文献1のものでは、フィードバック制御により解放側クラッチ油圧の増圧が行われることになる。かかる解放側クラッチ油圧の増圧は、タービン吹きの低減には効果があるが、解放側クラッチが過剰にトルク容量を持つことになるため、係合側クラッチ油圧の実応答が追従して係合力が増加するに従い、タイアップによるショックが増大するという問題や、摩擦材負荷の増大によって解放側クラッチの耐久性が低下するという問題がある。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、パワーオンダウンシフト変速において、係合側係合要素の応答遅れ等が生じた場合でも、タービン吹きを抑制しつつ、タイアップによるショックの増大や、係合要素の摩擦材負荷の増大を抑制する技術を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明に係る車両の制御装置では、係合側係合要素の応答遅れや機差の影響を考慮して、トルク相開始よりも解放側係合要素の係合油圧の低下開始を遅延させるようにしている。
具体的には、本発明は、エンジンと、油圧制御を通じて複数の係合要素を選択的に係合または解放させることにより変速比が異なる複数のギヤ段を成立させて当該エンジンからの動力を駆動輪側へ伝達する自動変速機と、を備える車両の制御装置を対象としている。
そして、この制御装置は、パワーオンダウンシフト変速時に、予め設定された目標出力軸トルクに応じて係合側係合要素および解放側係合要素の係合油圧を制御するものであり、トルク相開始時における解放側係合要素の係合油圧を維持したまま、トルク相開始よりも当該解放側係合要素の係合油圧の低下開始を遅延させるとともに、トルク相中に入力軸回転速度の吹き上がりが生じている場合には、所定の上限遅延時間を超えたとき、または、当該上限遅延時間内で吹き上がりが収束したときに、当該解放側係合要素の係合油圧の低下を開始させることを特徴とするものである。
なお、本発明において、「パワーオン」とは、エンジン側から駆動輪側に動力が伝達されている車両状態を意味し、多くの場合、この車両状態はアクセルが踏み込まれている状態と一致する。
また、本発明において、「トルク相」とは、自動変速機における変速後の入力軸回転速度との現在の入力軸回転速度との差回転速度が所定の範囲内に収まることでイナーシャ相が終了した後の状態を意味し、必ずしも出力軸トルクが実際に変化している状態のみを意味するものではない。それ故、「トルク相開始」は、「自動変速機における変速後の入力軸回転速度との現在の入力軸回転速度との差回転速度が所定の範囲内に収まることでイナーシャ相が終了したとき」と言い換えることができる。また、「トルク相中」は、「自動変速機における変速後の入力軸回転速度との現在の入力軸回転速度との差回転速度が所定の範囲内に収まることでイナーシャ相が終了した状態において」と言い換えることができる。
この構成によれば、例えば係合側係合要素の応答遅れ等によってトルク相中に入力軸回転速度の吹き上がりが生じても、解放側係合要素の係合油圧を増加させるのではなく、トルク相開始時における解放側係合要素の係合油圧を維持したまま、トルク相開始よりも当該係合油圧の低下開始を遅延させることから、入力軸回転速度(=タービン回転速度)の吹き上がりを生じ難くすることができる。また、解放側係合要素が過剰にトルク容量を持つことにならないので、タイアップによるショックの増大を抑制することができる。
そうして、トルク相中に入力軸回転速度の吹き上がりが生じている場合において、吹き上がりが収束したときに、遅延させていた解放側係合要素の係合油圧の低下を開始させる場合には、入力軸回転速度の吹き上がりを確実に抑制することができる。
他方、トルク相中に入力軸回転速度の吹き上がりが生じている場合において、吹き上がりの収束前であっても、上限遅延時間を超えたときに、遅延させていた解放側係合要素の係合油圧の低下を開始させる場合には、解放側係合要素の摩擦材負荷の増大を抑えて、例えばクラッチ焼け等を抑えることができる。これにより、解放側係合要素の耐久性が低下するのを抑制することができる。
また、上記制御装置では、上記上限遅延時間を超えたとき、または、当該上限遅延時間内で吹き上がりが収束したときに、上記目標出力軸トルクに応じて上記解放側係合要素の係合油圧を低下させることが好ましい。
この構成によれば、トルク相開始時における状態が維持された解放側係合要素の係合油圧を、目標出力軸トルクに応じて(例えば目標出力軸トルクに従った勾配で)低下させることから、予期せぬ吹き上がり等が発生した場合であっても、上限遅延時間経過後または吹き上がり収束後に、狙っていた目標出力軸トルクの変化を実現することができる。これにより、変速ショックを確実に低減することが可能になる。
さらに、上記制御装置では、トルク相中に入力軸回転速度の吹き上がりが生じていない場合には、上記上限遅延時間よりも短く設定された最低遅延時間以上になったときに、上記解放側係合要素の係合油圧の低下を開始させることが好ましい。
この構成によれば、トルク相中に入力軸回転速度の吹き上がりが生じていない場合でも、最低遅延時間までは解放側係合要素の係合油圧の低下開始を遅延させることから、例えば係合側係合要素の係合油圧の応答遅れや機差の影響による入力軸回転速度の吹き上がりを、未然に抑制することができる。
また、上記制御装置では、上記最低遅延時間は、上記係合側係合要素の分担トルクと上記自動変速機の油温とに基づいて設定されることが好ましい。
この構成によれば、対象となる係合側係合要素の実体に即して最低遅延時間が設定されることから、入力軸回転速度の吹き上がりをより一層確実に抑制することができる。
以上説明したように、本発明に係る車両の制御装置によれば、パワーオンダウンシフト変速において、係合側係合要素の応答遅れ等が生じた場合でも、タービン吹きを抑制しつつ、タイアップによるショックの増大を抑制することができるとともに、係合要素の摩擦材負荷の増大を抑えてその耐久性低下を抑制することができる。
本発明の実施形態に係る車両の概略構成を示す図である。 トルクコンバータおよび自動変速機の構成を示すスケルトン図である。 自動変速機における変速段毎の第1クラッチ〜第4クラッチ、第1ブレーキおよび第2ブレーキの係合状態を示す係合表である。 車両の制御系の構成を示すブロック図である。 解放側指示油圧遅延制御の処理手順を説明するためのフローチャート図である。 解放側指示油圧遅延制御を実行した場合のタイムチャートの一例である。 解放側指示油圧遅延制御を実行した場合のタイムチャートの一例である。 解放側指示油圧遅延制御を実行しない場合のタイムチャートの一例である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
まず、図1〜図4を参照して、本実施形態に係る車両100について説明する。
車両100は、図1に示すように、エンジン1と、トルクコンバータ2と、自動変速機3と、油圧制御装置4と、ECU5とを備えている。この車両100は、例えばFF(フロントエンジン・フロントドライブ)方式であり、エンジン1の出力が、トルクコンバータ2および自動変速機3を介してデファレンシャル装置6に伝達され、左右の駆動輪(前輪)7に分配されるようになっている。
−エンジン−
エンジン1は、走行用の駆動力源であり、たとえば多気筒ガソリンエンジンである。エンジン1は、スロットルバルブのスロットル開度(吸入空気量)、燃料噴射量、点火時期などにより運転状態を制御可能に構成されている。
−トルクコンバータ−
トルクコンバータ2は、図2に示すように、エンジン1の出力軸であるクランクシャフト1aに連結されたポンプインペラ21と、自動変速機3に連結されたタービンランナ22と、トルク増幅機能を有するステータ23と、エンジン1と自動変速機3とを直結するためのロックアップクラッチ24とを含んでいる。なお、図2では、トルクコンバータ2および自動変速機3の回転中心軸に対して、下側半分を省略して上側半分のみを模式的に示している。
−自動変速機−
自動変速機3は、エンジン1と駆動輪7との間の動力伝達経路に設けられ、入力軸3aの回転を変速して出力軸3bに出力するように構成されている。この自動変速機3では、入力軸3aがトルクコンバータ2のタービンランナ22に連結され、出力軸3bがデファレンシャル装置6などを介して駆動輪7に連結されている。
自動変速機3は、第1遊星歯車装置31aを主体として構成される第1変速部(フロントプラネタリ)31、第2遊星歯車装置32aと第3遊星歯車装置32bとを主体として構成される第2変速部(リアプラネタリ)32、第1クラッチC1〜第4クラッチC4、第1ブレーキB1および第2ブレーキB2などによって構成されている。
第1変速部31を構成する第1遊星歯車装置31aは、ダブルピニオン型の遊星歯車機構であって、サンギヤS1と、互いに噛み合う複数対のピニオンギヤP1と、これらピニオンギヤP1を自転および公転可能に支持するプラネタリキャリアCA1と、ピニオンギヤP1を介してサンギヤS1と噛み合うリングギヤR1とを備えている。
プラネタリキャリアCA1は、入力軸3aに連結され、その入力軸3aと一体的に回転するようになっている。サンギヤS1は、トランスミッションケース30に固定され、回転不能である。リングギヤR1は、中間出力部材として機能し、入力軸3aに対して減速されてその減速回転を第2変速部32に伝達する。
第2変速部32を構成する第2遊星歯車装置32aは、シングルピニオン型の遊星歯車機構であって、サンギヤS2と、ピニオンギヤP2と、そのピニオンギヤP2を自転および公転可能に支持するプラネタリキャリアRCAと、ピニオンギヤP2を介してサンギヤS2と噛み合うリングギヤRRとを備えている。
また、第2変速部32を構成する第3遊星歯車装置32bは、ダブルピニオン型の遊星歯車機構であって、サンギヤS3と、互いに噛み合う複数対のピニオンギヤP2およびP3と、それらピニオンギヤP2およびP3を自転および公転可能に支持するプラネタリキャリアRCAと、ピニオンギヤP2およびP3を介してサンギヤS3と噛み合うリングギヤRRとを備えている。なお、ピニオンギヤP2、プラネタリキャリアRCAおよびリングギヤRRは、第2遊星歯車装置32aおよび第3遊星歯車装置32bで共用されている。
サンギヤS2は、第1ブレーキB1によりトランスミッションケース30に選択的に連結される。また、サンギヤS2は、第3クラッチC3を介してリングギヤR1に選択的に連結される。さらに、サンギヤS2は、第4クラッチC4を介してプラネタリキャリアCA1に選択的に連結される。サンギヤS3は、第1クラッチC1を介してリングギヤR1に選択的に連結される。プラネタリキャリアRCAは、第2ブレーキB2によりトランスミッションケース30に選択的に連結される。また、プラネタリキャリアRCAは、第2クラッチC2を介して入力軸3aに選択的に連結される。リングギヤRRは、出力軸3bに連結され、その出力軸3bと一体的に回転するようになっている。
第1クラッチC1〜第4クラッチC4、第1ブレーキB1および第2ブレーキB2は、いずれも油圧アクチュエータによって摩擦係合させられる摩擦係合要素であり、油圧制御装置4およびECU5によって制御される。なお、請求項との関係では、これら第1クラッチC1〜第4クラッチC4、第1ブレーキB1および第2ブレーキB2が、油圧制御を通じて選択的に係合または解放される「係合要素」に相当する。
図3は、変速段(ギヤ段)毎の第1クラッチC1〜第4クラッチC4、第1ブレーキB1および第2ブレーキB2の係合状態または解放状態を示した係合表である。なお、図3の係合表において、○印は「係合状態」を示し、空白は「解放状態」を示している。
図3に示すように、この例の自動変速機3では、第1クラッチC1および第2ブレーキB2が係合されることにより、変速比(入力軸3aの回転速度ωi/出力軸3bの回転速度ωo)が最も大きい第1変速段(1st)が成立する。第1クラッチC1および第1ブレーキB1が係合されることにより第2変速段(2nd)が成立する。
第1クラッチC1および第3クラッチC3が係合されることにより第3変速段(3rd)が成立し、第1クラッチC1および第4クラッチC4が係合されることにより第4変速段(4th)が成立する。第1クラッチC1および第2クラッチC2が係合されることにより第5変速段(5th)が成立し、第2クラッチC2および第4クラッチC4が係合されることにより第6変速段(6th)が成立する。第2クラッチC2および第3クラッチC3が係合されることにより第7変速段(7th)が成立し、第2クラッチC2および第1ブレーキB1が係合されることにより第8変速段(8th)が成立する。なお、第3クラッチC3および第2ブレーキB2が係合されることにより後進段(Rev)が成立する。
−油圧制御装置−
油圧制御装置4は、自動変速機3の摩擦係合要素の状態(係合状態または解放状態)を制御するために設けられている。なお、油圧制御装置4は、トルクコンバータ2のロックアップクラッチ24を制御する機能も有する。
−ECU−
ECU(制御装置)5は、エンジン1の運転制御および自動変速機3の変速制御などを行うように構成されている。具体的には、ECU5は、図4に示すように、CPU51と、ROM52と、RAM53と、バックアップRAM54と、入力インターフェース55と、出力インターフェース56とを含んでいる。
CPU51は、ROM52に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。ROM52には、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップなどが記憶されている。RAM53は、CPU51による演算結果や各センサの検出結果などを一時的に記憶するメモリである。バックアップRAM54は、イグニッションをオフする際に保存すべきデータなどを記憶する不揮発性のメモリである。
入力インターフェース55には、クランクポジションセンサ81、入力軸回転速度センサ82、出力軸回転速度センサ83、アクセル開度センサ84、スロットル開度センサ85およびAT油温センサ86などが接続されている。
クランクポジションセンサ81は、エンジン1の回転速度Neを算出するために設けられている。入力軸回転速度センサ82は、自動変速機3の入力軸3aの回転速度(入力軸回転速度ωi)(=タービン回転速度ωt)を算出するために設けられている。出力軸回転速度センサ83は、自動変速機3の出力軸3bの回転速度(出力軸回転速度ωo)を算出するために設けられている。なお、出力軸3bの回転速度から車速Vを算出することが可能である。アクセル開度センサ84は、アクセルペダルの踏込量(操作量)であるアクセル開度Accを検出するために設けられている。スロットル開度センサ85は、スロットルバルブのスロットル開度を検出するために設けられている。AT油温センサ86は、油圧制御装置4内の作動油の温度を検出するために設けられている。
出力インターフェース56には、インジェクタ91、イグナイタ92、スロットルモータ93および油圧制御装置4などが接続されている。インジェクタ91は、燃料噴射弁であり、燃料噴射量を調整可能である。イグナイタ92は、点火プラグによる点火時期を調整するために設けられている。スロットルモータ93は、スロットルバルブのスロットル開度を調整するために設けられている。
そして、ECU5は、各センサの検出結果などに基づいて、スロットル開度、燃料噴射量および点火時期などを制御することにより、エンジン1の運転状態を制御可能に構成されている。また、ECU5は、油圧制御装置4を制御することにより、自動変速機3の変速制御およびトルクコンバータ2のロックアップクラッチ24の制御を実行可能に構成されている。
ECU5による変速制御では、たとえば、車速Vおよびアクセル開度Accをパラメータとする変速マップ(図示せず)に基づいて目標変速段が設定され、現在の変速段が目標変速段になるように油圧制御装置4が制御される。
また、本実施形態では、ECU5は、パワーオンダウンシフト変速時に、予め設定された目標出力軸トルクに応じて係合側および解放側係合要素の係合油圧の制御(以下、パワーオンダウンシフト変速制御ともいう)を行うが、その詳細については後述する。
−変速モデルを用いた変速制御−
本実施形態において実行されるパワーオンダウンシフト変速制御を説明する前に、上述した自動変速機3において変速目標値を実現させる制御操作量を決定するための変速制御の概略について説明する。
一般的な変速制御としては、例えば変速ショックや変速時間等が適切であるか否かを実車にて評価しつつ適合により予め定められた制御マップに基づいて、変速時の各摩擦係合要素のトルク容量(或いは油圧指令値)を決定して変速を実行する手法がある。この制御マップを用いる手法では、パワーオンダウンシフトやパワーオフアップシフト等の変速パターンおよび変速前後の変速段の組み合わせに応じて、多数の制御マップを作成しておく必要がある。そのため、自動変速機の変速段が多段化されるほど、適合作業に多くの労力が必要となってしまう。
そこで、本実施形態では、変速制御として、制御マップを用いる手法に代えて、変速目標値を実現させる制御操作量を決定する変速モデルを用いて変速を実行する手法を採用している。変速目標値は、変速時に実現したい変化態様を定める要素(例えば変速時間、駆動力等)の目標値である。制御操作量は、制御対象に対して操作する要素(エンジントルク、クラッチトルク等)の要求値である。
以下、変速モデルを用いた変速制御について説明する。変速中における運動方程式は、下記の式(1)および式(2)で表される。
Figure 0006461054
この式(1)および式(2)は、自動変速機3を構成する相互に連結された各回転要素毎の運動方程式、および、自動変速機3を構成する遊星歯車装置における関係式から導き出されたものである。各回転要素毎の運動方程式は、各回転要素におけるイナーシャと回転速度時間変化率との積で表されるトルクを、遊星歯車装置の3つの部材、および摩擦係合要素の両側の部材のうち各回転要素に関与する部材に作用するトルクにて規定した運動方程式である。また、遊星歯車装置における関係式は、遊星歯車装置の歯車比を用いて、その遊星歯車装置の3つの部材におけるトルクの関係と回転速度時間変化率の関係とを各々規定した関係式である。
式(1)および式(2)において、dωt/dtは、タービン回転速度ωt(すなわち自動変速機3の入力軸回転速度ωi)の時間微分すなわち時間変化率であり、入力軸3a側の回転部材の速度変化量としての入力軸3aの角加速度(以下、入力軸角加速度という)を表している。dωo/dtは、自動変速機3の出力軸回転速度ωoの時間変化率であり、出力軸角加速度を表している。Ttは、入力軸3a側の回転部材上のトルクとしての入力軸3a上のトルクであるタービントルクすなわち自動変速機3の入力軸トルクTiを表している。このタービントルクTtは、トルクコンバータ2のトルク比tを考慮すればエンジントルクTe(=Tt/t)と同意である。Toは、出力軸3b側の回転部材上のトルクとしての出力軸3b上のトルクである出力軸トルクを表している。Tcaplは、変速時に係合動作を行う摩擦係合要素のトルク容量(以下、係合側クラッチトルクという)である。Tcdrnは、変速時に解放動作を行う摩擦係合要素のトルク容量(以下、解放側クラッチトルクという)である。a1,a2,b1,b2,c1,c2,d1,d2はそれぞれ、式(1)および式(2)を導き出した際に定数としたものであり、各回転要素におけるイナーシャおよび遊星歯車装置の歯車比から設計的に定められる係数である。この定数の具体的な数値は、例えば変速の種類(例えば変速パターンや変速前後の変速段の組み合わせ)毎に異なる。従って、運動方程式としては1つの所定のものであるが、自動変速機3の変速には、変速の種類毎に異なる定数とされたそれぞれの変速の種類に対応する運動方程式が用いられる。
式(1)および式(2)は、変速目標値と制御操作量との関係を定式化した自動変速機3のギヤトレーン運動方程式である。変速目標値は、変速時間および駆動力の各目標値を表現でき、ギヤトレーン運動方程式上で取り扱えるものである。本実施形態では、変速時間を表現できる物理量の一例として、入力軸角加速度dωt/dtを用いている。また、駆動力を表現できる物理量の一例として、出力軸トルクToを用いている。つまり、本実施形態では、変速目標値を、入力軸角加速度dωt/dtと、出力軸トルクToとの2つの値で設定している。
一方、本実施形態では、変速目標値を成立させる制御操作量を、タービントルクTt(エンジントルクTeも同意)と、係合側クラッチトルクTcaplと、解放側クラッチトルクTcdrnとの3つの値で設定している。そうすると、運動方程式が式(1)および式(2)の2式で構成されることに対して制御操作量が3つあるため、2つの変速目標値を成立させる制御操作量を一意に解くことはできない。尚、各式中の出力軸角加速度dωo/dtは、出力軸回転速度センサ83の検出値である出力軸回転速度ωoから算出される。
そこで、式(1)および式(2)の運動方程式に、拘束条件を追加して制御操作量を一意に解くことについて検討した。そして、本実施形態では、変速中のトルクの受け渡しを表現したり制御したりするのに適しており、また、何れの変速パターンにも対応することができる拘束条件として、解放側クラッチと係合側クラッチとで受け持つ伝達トルクのトルク分担率を用いることとしている。つまり、変速中のトルクの受け渡しを運動方程式に組み込むことができ、且つ制御操作量を一意に解くことができる、伝達トルクのトルク分担率を拘束条件として設定することとしている。トルク分担率は、自動変速機3の変速時に解放側クラッチと係合側クラッチとで受け持つ必要がある合計の伝達トルク(合計伝達トルク)を、例えば入力軸3a上のトルク(入力軸上合計伝達トルク)に置き換えたときに、その入力軸上合計伝達トルクに対して両摩擦係合要素が各々分担する伝達トルクの割合である。本実施形態では、係合側クラッチのトルク分担率を「xapl」とし、解放側クラッチのトルク分担率を「xdrn」として、それぞれのトルク分担率を、変速中のトルクの受け渡しを反映するように時系列で変化するトルク分担率x(例えば0≦x≦1)を用いて次式(3)および次式(4)のように定義する。
xapl=x …(3)
xdrn=1−x …(4)
係合側クラッチトルクTcaplと解放側クラッチトルクTcdrnとの関係式は、入力軸3a上のトルクに置き換えた「Tcapl」および「Tcdrn」と、式(3)および式(4)とに基づいて、「x」(=xapl)と「1−x」(=xdrn)とを用いて定義することができる。そして、式(1)、式(2)、および、「Tcapl」と「Tcdrn」との関係式から、制御操作量である、タービントルクTt、係合側クラッチトルクTcapl、および、解放側クラッチトルクTcdrnを算出する関係式が導き出される。タービントルクTt(エンジントルクTeも同意)は、「x」(=xapl)、「1−x」(=xdrn)、入力軸角加速度dωt/dt、および、出力軸トルクToなどを用いた関係式にて表される。同様に、係合側クラッチトルクTcaplは、「x」(=xapl)、入力軸角加速度dωt/dt、および、出力軸トルクToなどを用いた関係式にて表される。同様に、解放側クラッチトルクTcdrnは、「1−x」(=xdrn)、入力軸角加速度dωt/dt、および、出力軸トルクToなどを用いた関係式にて表される。
つまり、本実施形態の変速モデルは、変速目標値と制御操作量とを含む自動変速機3の運動方程式(式(1),(2))と、トルク分担率を表す関係(式(3),(4))とを用いて、変速目標値に基づいて制御操作量を算出するものである。このように、本実施形態では、式(1),(2)に、トルク分担率xにて設定した拘束条件を追加することで、変速モデルを用いて自動変速機3の変速を実行する。よって、2つの変速目標値に対して3つの制御操作量があったとしても、変速モデルを用いて3つの制御操作量を適切に決定することができる。この変速モデルとしては1つの所定のものであるが、上述したように変速の種類(例えば変速パターンや変速前後の変速段の組み合わせ)毎に異なる定数とされたギヤトレーン運動方程式が用いられるので、自動変速機3の変速には、それぞれの変速の種類に対応する変速モデルが用いられることになる。
−パワーオンダウンシフト変速制御−
上述の如く、本実施形態では、パワーオンダウンシフト変速時に、予め設定された目標出力軸トルクに応じて係合側および解放側係合要素の係合油圧の制御を行うようにしている。具体的には、ECU5は、パワーオンダウンシフト変速時に、自動変速機3の出力軸3bのトルクの目標値である目標出力軸トルクTtoを算出し、この目標出力軸トルクTtoから上記式(1)および式(2)の運動方程式によって決定される制御操作量に基づいて、係合側係合要素(係合側クラッチ)の係合油圧および解放側係合要素(解放側クラッチ)の係合油圧を制御するように構成されている。
より詳しくは、ECU5は、出力軸回転速度センサ83の出力信号から現在の車速Vを算出するとともに、アクセル開度センサ84の出力信号からアクセルペダルの踏込量であるアクセル開度Accを算出する。ECU5は、これら車速Vおよびアクセル開度Accに基づき変速マップを参照して目標変速段を算出する。さらに、ECU5は、入力軸回転速度センサ82および出力軸回転速度センサ83の出力信号から現在の変速段を推定し、現在の変速段と目標変速段とを比較して、アップシフト変速であるかダウンシフト変速であるかを判定する。例えば、ECU5は、自動変速機3の現在の変速段が「第3変速段」であるのに対し、目標変速段が「第2変速段」である場合には、ダウンシフト変速であると判定する。
次いで、ECU5は、例えば、車速Vおよびアクセル開度Accに応じて設定される判定マップ(図示せず)を用いてパワーオンかパーオフかを判定したり、自動変速機3の入力軸回転速度ωiおよび入力軸トルクTiに応じて設定される判定マップ(図示せず)を用いてパワーオンかパーオフかを判定したりすることで、今回の変速がパワーオンダウンシフト変速であるか否かを判定する。
そうして、ECU5は、出力軸回転速度センサ83の出力信号から得られる出力軸回転速度ωoに変速後の変速段の変速比(ギヤ比)を乗じて、入力軸回転速度ωiと出力軸回転速度ωoとの同期時における入力軸3aの回転速度(以下、変速後入力軸回転速度ωsiともいう)を算出する。ECU5は、変速開始から変速終了まで、変速後入力軸回転速度ωsiと現在の入力軸回転速度ωiとの差回転速度を算出および監視し続ける。
さらに、ECU5は、例えば、出力軸トルクToを変化させる態様が変速の種類(変速パターンやギヤ段間)毎に予め定められた出力軸トルク変化マップ(図示せず)を用いて、要求駆動力および変速制御開始時からの経過時間に基づいて目標出力軸トルクTtoを算出する。また、ECU5は、入力軸回転速度センサ82の出力信号からタービン回転速度ωtを算出し、このタービン回転速度ωtを時間微分して入力軸角加速度dωt/dtを算出する。そうして、ECU5は、上述の如く、入力軸角加速度dωt/dtと目標出力軸トルクTto(出力軸トルクToと同意)とに基づき、式(1)および式(2)を用いて、タービントルクTtと係合側クラッチトルクTcaplと解放側クラッチトルクTcdrnとを算出する。ECU5は、これら係合側クラッチトルクTcaplおよび解放側クラッチトルクTcdrnに基づいて、パワーオンダウンシフト変速中の係合側および解放側係合要素の指示油圧を制御する。
図8は、後述する解放側指示油圧遅延制御を実行しない場合のタイムチャートの一例である。図8で示すように、第3変速段での走行中に、例えばアクセルペダルの踏み込みによりパワーオンダウンシフト変速であるとの判定がなされると、アクセルペダルの踏み込みの検知から所定時間経過した図8の時刻t1において変速制御が開始される。変速制御が開始されると、「3速→2速」のダウンシフトにおける解放側係合要素である第3クラッチC3の係合油圧によって変速中の入力軸回転速度ωiを制御するために、図8の時刻t2において第3クラッチC3の指示油圧(実線)が緩やかに低下され、それに応じて入力軸回転速度ωi(=タービン回転速度ωt)が上昇する。
そうして、図8の時刻t3において、変速後入力軸回転速度ωsiと現在の入力軸回転速度ωiと差回転速度が所定の範囲内に収まると、イナーシャ相の終了およびトルク相の開始との判定がなされ、目標出力軸トルクTtoに応じて、解放側係合要素である第3クラッチC3の指示油圧の減圧が開始されるとともに、係合側係合要素である第1ブレーキB1の指示油圧(破線)の増圧が開始される。これに伴って、図8の破線楕円B内の実線で示すように、出力軸トルクToが狙い通りに上昇する。
しかしながら、指示油圧に対する第1ブレーキB1における実圧の応答遅れや、第1ブレーキB1の機差の影響によって、第1ブレーキB1が指示油圧通りに係合し始めなかった場合には、第3クラッチC3の指示油圧が低下されていることから、図8の時刻t4において、タービン回転速度ωtが吹き上がる場合がある(図8の破線楕円A内の二点鎖線参照)。
このようなタービン回転速度ωtの吹き上がり(以下、タービン吹きともいう)が生じると、図8の破線楕円B内の二点鎖線で示すように、解放側係合要素である第3クラッチC3の油圧低下によって出力軸トルクToが落ち込んだ後、タービン回転速度ωtを係合側係合要素である第1ブレーキB1で引き下げることによってイナーシャショックが発生する場合がある。このようなイナーシャショックの発生を抑えつつタービン吹きを抑制するには、タービン回転速度ωtを引き下げるイナーシャ分も、第3クラッチC3が受け持つ必要があるため、第3クラッチC3の係合油圧の増圧を行うことが考えられる。
しかしながら、かかる第3クラッチC3の係合油圧の増圧は、タービン吹きの低減には効果があるが、第3クラッチC3が過剰にトルク容量を持つことになるため、第1ブレーキB1の係合油圧の実応答が追従して係合力が増加するに従い、タイアップによるショックが増大するという問題や、摩擦材負荷の増大によって第3クラッチC3の耐久性が低下するという問題がある。
−解放側指示油圧遅延制御−
そこで、本実施形態のパワーオンダウンシフト変速制御では、係合側係合要素の応答遅れや機差の影響を考慮して、トルク相開始よりも解放側係合要素の係合油圧の低下開始を遅延させる解放側指示油圧遅延制御を行うようにしている。具体的には、トルク相開始時における解放側係合要素の係合油圧を維持したまま、トルク相開始よりも解放側係合要素の係合油圧の低下開始を遅延させるとともに、トルク相中に入力軸回転速度ωi(=タービン回転速度ωt)の吹き上がりが生じている場合には、上限遅延時間Tmaxを超えたとき、または、上限遅延時間Tmax内で入力軸回転速度ωiの吹き上がりが収束したときに、解放側係合要素の係合油圧の低下を開始させるように、ECU5を構成している。
ここで、「上限遅延時間Tmax」とは、変速条件に応じて予め定められた値であり、例えばトルク相開始からの遅延時間が当該上限遅延時間Tmax以内であれば、解放側係合要素の摩擦材負荷が許容される値に設定されている。
先ず、ECU5は、パワーオンダウンシフト変速において、変速後入力軸回転速度ωsiと現在の入力軸回転速度ωiとの差回転速度が所定の範囲内に収まると、トルク相開始(イナーシャ相終了)と判定する。ここで、係合側係合要素の応答遅れや機差の影響により入力軸回転速度ωi(=タービン回転速度ωt)の吹き上がりが生じるか否かは、トルク相開始時点では分からないことから、ECU5は、入力軸回転速度ωiの吹き上がりの有無に拘わらず、トルク相開始時における解放側係合要素の指示油圧を維持する。これにより、トルク相開始時における解放側係合要素の係合油圧が維持されたまま、トルク相開始よりも解放側係合要素の係合油圧の低下開始が遅延することになるので、タービン吹きを生じ難くすることができるとともに、解放側係合要素が過剰にトルク容量を持つことにならないので、タイアップによるショックの増大を抑制することができる。
そうして、ECU5は、変速後入力軸回転速度ωsiと現在の入力軸回転速度ωiとの差回転速度によりトルク相中に入力軸回転速度ωiの吹き上がりが生じているか否かを判定する。入力軸回転速度ωiの吹き上がりが生じている場合には、ECU5は、トルク相開始時における解放側係合要素の指示油圧を維持しながら、変速後入力軸回転速度ωsiと現在の入力軸回転速度ωiとの差回転速度に基づき入力軸回転速度ωiの吹き上がりが収束したか否かを判定する。
そうして、上限遅延時間Tmax内で入力軸回転速度ωiの吹き上がりが収束したと判定した場合には、ECU5は、当初の目標出力軸トルクTtoに応じて、換言すると、目標出力軸トルクTtoに従った勾配で解放側係合要素の係合油圧を低下させる。これにより、入力軸回転速度ωiすなわちタービン回転速度ωtの吹き上がりを確実に抑制しつつ、出力軸トルクToを狙い通りに上昇させることができる。
他方、ECU5は、吹き上がりの収束前であっても、上限遅延時間Tmaxを超えたときに、当初の目標出力軸トルクTtoに従った勾配で解放側係合要素の係合油圧を低下させる。このようにすれば、解放側係合要素の摩擦材負荷の増大を抑えて、例えばクラッチ焼け等を抑えることができ、これにより、解放側係合要素の耐久性が低下するのを抑制することができる。
もっとも、トルク相中に入力軸回転速度ωiの吹き上がりが生じていない場合にも、上限遅延時間Tmaxを超えるまで、解放側係合要素の係合油圧の低下開始を遅延させると、変速進行が停滞することになる。そこで、ECU5は、トルク相中に入力軸回転速度ωiの吹き上がりが生じていない場合には、上限遅延時間Tmaxよりも短く設定された最低遅延時間Tmin以上になったときに、当初の目標出力軸トルクTtoに従った勾配で解放側係合要素の係合油圧の低下を開始させるように構成されている。これにより、変速進行が停滞するのを抑えつつ、最低遅延時間Tminまでは解放側係合要素の係合油圧の低下開始を遅延させることから、例えば係合側係合要素の係合油圧の応答遅れや機差の影響による入力軸回転速度ωiの吹き上がりを、未然に抑制することができる。
なお、「最低遅延時間Tmin」は、係合側係合要素の分担トルクと自動変速機3(油圧制御装置4内)の作動油の油温とに基づいて設定される値である。係合側係合要素の分担トルクは上記トルク分担率xaplに基づいて算出される一方、油温はAT油温センサ86の出力信号から算出される。このように、係合側係合要素の係合油圧の応答遅れに対する影響の大きい分担トルクおよび油温をパラメータとすることで、最低遅延時間Tminを適切に設定することができ、これにより、変速進行が停滞するのを抑えつつ、入力軸回転速度ωiの吹き上がりをより一層確実に抑制することができる。
−解放側指示油圧遅延制御ルーチン−
次に、本実施形態に係る解放側指示油圧遅延制御の手順を図5のフローチャートに沿って説明する。
先ず、ステップS1では、ECU5が、パワーオンダウンシフト変速が行われているか否かを判定する。具体的には、ECU5は、現在の車速Vやアクセル開度Accや入力軸トルクTiに基づき変速マップや判定マップ等を参照して、パワーオンダウンシフト変速中であるか否かを判定する。このステップS1での判定がNOの場合には、本発明が適用される場面ではないので、そのままENDする。一方、ステップS1での判定がYESの場合にはステップS2に進む。
次のステップS2では、ECU5が、変速後入力軸回転速度ωsiと現在の入力軸回転速度ωiとの差回転速度に基づいてトルク相開始の場面か否かを判定する。このステップS2での判定がNOの場合には、本発明が適用される場面ではないので、そのままENDする。一方、ステップS2での判定がYESの場合にはステップS3に進む。
次のステップS3では、ECU5が、解放側係合要素の指示油圧を遅延させて、トルク相開始時における解放側係合要素の係合油圧を維持したまま、トルク相開始よりも解放側係合要素の係合油圧の低下開始を遅延させた後、ステップS4に進む。
次のステップS4では、ECU5が、変速後入力軸回転速度ωsiと現在の入力軸回転速度ωiとの差回転速度に基づいて、タービン回転速度ωt(=入力軸回転速度ωi)の吹き上がりが生じているか否かを判定する。このステップS4での判定がYESの場合、換言すると、タービン吹きが生じている場合には、解放側係合要素の指示油圧遅延を維持したままステップS5に進む。
次のステップS5では、ECU5が、例えばタイマー等を用いて、トルク相開始からの遅延時間が上限遅延時間Tmaxを超えたか否かを判定する。このステップS5での判定がYESの場合には、ステップS8に進み、解放側係合要素の指示油圧遅延を終了させ、当初の目標出力軸トルクTtoに従った勾配で解放側係合要素の係合油圧を低下させた後、ENDする。一方、このステップS5での判定がNOの場合、換言すると、トルク相開始からの遅延時間が上限遅延時間Tmax以下の場合にはステップS6に進む。
次のステップS6では、ECU5が、変速後入力軸回転速度ωsiと現在の入力軸回転速度ωiとの差回転速度に基づいて、タービン回転速度ωtの吹き上がりが収束したか否かを判定する。このステップS6での判定がYESの場合には、ステップS8に進み、解放側係合要素の指示油圧遅延を終了させ、当初の目標出力軸トルクTtoに従った勾配で解放側係合要素の係合油圧を低下させた後、ENDする。一方、このステップS6での判定がNOの場合には、再びステップS5に戻り、トルク相開始からの遅延時間が上限遅延時間Tmaxを超えたとき(ステップS5の判定がYES)、または、タービン回転速度ωtの吹き上がりが収束したとき(ステップS6の判定がYES)に、ステップS8に進み、解放側係合要素の指示油圧遅延を終了させた後、ENDする。
これらに対し、ステップS4での判定がNOの場合、換言すると、タービン吹きが生じていない場合には、解放側係合要素の指示油圧遅延を維持したままステップS7に進む。ステップS7では、ECU5が、例えばタイマー等を用いて、トルク相開始からの遅延時間が最低遅延時間Tmin以上になったか否かを判定する。このステップS7での判定がYESの場合には、ステップS8に進み、解放側係合要素の指示油圧遅延を終了させ、当初の目標出力軸トルクTtoに従った勾配で解放側係合要素の係合油圧を低下させた後、ENDする。一方、ステップS7での判定がNOの場合には、再びステップS4に戻り、タービン吹きが生じているか否かを判定した後、トルク相開始からの遅延時間が上限遅延時間Tmaxを超えたとき(ステップS5の判定がYES)、または、タービン回転速度ωtの吹き上がりが収束したとき(ステップS6の判定がYES)、または、トルク相開始からの遅延時間が最低遅延時間Tmin以上になったとき(ステップS7の判定がYES)に、ステップS8に進み、解放側係合要素の指示油圧遅延を終了させた後、ENDする。
−第1制御例−
次に、本実施形態の解放側指示油圧遅延制御の第1制御例を図6のタイムチャートに沿って説明する。なお、係合側係合要素である第1ブレーキB1の指示油圧および解放側係合要素である第3クラッチC3の指示油圧は、上記式(1)および式(2)の運動方程式によって決定される制御操作量に基づいて制御される。
図6で示すように、第3変速段での走行中に、例えばアクセルペダルの踏み込みによりパワーオンダウンシフト変速であるとの判定がなされると、アクセルペダルの踏み込みの検知から所定時間経過した図6の時刻t1において変速制御が開始される。変速制御が開始されると、「3速→2速」のダウンシフトにおける解放側係合要素である第3クラッチC3の係合油圧によって変速中の入力軸回転速度ωiを制御するために、図6の時刻t2において第3クラッチC3の指示油圧(実線)が緩やかに低下され、それに応じて入力軸回転速度ωi(=タービン回転速度ωt)が上昇する。
図6の時刻t3において、変速後入力軸回転速度ωsiと現在の入力軸回転速度ωiとの差回転速度が所定の範囲内に収まると、トルク相の開始との判定がなされ、目標出力軸トルクTtoに応じて、第1ブレーキB1の指示油圧(破線)の増大が開始される。これに対し、第3クラッチC3ではトルク相開始時における指示油圧が維持されて、図6の白抜き矢印で示すように二点鎖線で示す指示油圧よりも、解放側係合要素の指示油圧の低下開始が遅延される。
そうして、図6の時刻t4において、図6の破線楕円Aで示すようにタービン回転速度ωtの吹き上がりが生じても、図6の破線楕円Cで示すようにトルク相開始時における指示油圧が維持されていることから、図6の破線楕円B内の二点鎖線で示すような出力軸トルクToの落ち込みやイナーシャショックの発生が抑えられる。
図6の時刻t5において、タービン回転速度ωtの吹き上がりが収束すると、第3クラッチC3の指示油圧遅延を終了させ、当初の目標出力軸トルクTtoに従った勾配で第3クラッチC3の指示油圧を低下させる。これに伴って、出力軸トルクToが狙い通りに上昇する。
−第2制御例−
次に、本実施形態の解放側指示油圧遅延制御の第2制御例を図7のタイムチャートに沿って説明する。なお、係合側係合要素である第1ブレーキB1の指示油圧および解放側係合要素である第3クラッチC3の指示油圧は、上記式(1)および式(2)の運動方程式によって決定される制御操作量に基づいて制御される。
図7で示すように、第3変速段での走行中に、例えばアクセルペダルの踏み込みによりパワーオンダウンシフト変速であるとの判定がなされると、アクセルペダルの踏み込みの検知から所定時間経過した図7の時刻t1において変速制御が開始される。変速制御が開始されると、第3クラッチC3の係合油圧によって変速中の入力軸回転速度ωiを制御するために、図7の時刻t2において第3クラッチC3の指示油圧(実線)が緩やかに低下され、それに応じて入力軸回転速度ωi(=タービン回転速度ωt)が上昇する。
図7の時刻t3において、変速後入力軸回転速度ωsiと現在の入力軸回転速度ωiとの差回転速度が所定の範囲内に収まると、トルク相の開始との判定がなされ、目標出力軸トルクTtoに応じて、係合側係合要素である第1ブレーキB1の指示油圧(破線)の増大が開始される。これに対し、第3クラッチC3ではトルク相開始時における指示油圧が維持されて、トルク相開始よりも第3クラッチC3の指示油圧の低下開始が遅延される。これにより、図7の破線楕円Aで示すようにタービン回転速度ωtの吹き上がりが生じていなくても、図7の破線楕円Bで示すようにトルク相開始時における指示油圧が維持されるので、タービン吹きが生じ難くなる。
そうして、図7の時刻t4において、トルク相開始からの遅延時間が最低遅延時間Tminに達すると、第3クラッチC3の指示油圧遅延を終了させ、当初の目標出力軸トルクTtoに従った勾配で第3クラッチC3の指示油圧を低下させる。これに伴って、図7の白抜き矢印で示すように、二点鎖線で示す出力軸トルクToよりも最低遅延時間Tminだけ遅れて出力軸トルクToが狙い通りに上昇する。
(その他の実施形態)
本発明は、実施形態に限定されず、その精神または主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。
上記実施形態では、車両100がFFである例を示したが、これに限らず、車両が、FR(フロントエンジン・リアドライブ)であってもよいし、4輪駆動であってもよい。
また、上記実施形態では、エンジン1がガソリンエンジンである例を示したが、これに限らず、エンジンはディーゼルエンジンであってもよい。
このように、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
本発明によると、パワーオンダウンシフト変速において、係合側係合要素の応答遅れ等が生じた場合でも、タービン吹きを抑制しつつ、タイアップによるショックの増大を抑制することができるとともに、摩擦材負荷の増大を抑えて解放側係合要素の耐久性低下を抑制することができるので、車両の制御装置に適用して極めて有益である。
1 エンジン
3 自動変速機
3a 入力軸
3b 出力軸
5 ECU(制御装置)
7 駆動輪
100 車両
B1 第1ブレーキ(係合要素)(係合側係合要素)
B2 第2ブレーキ(係合要素)
C1 第1クラッチ(係合要素)
C2 第2クラッチ(係合要素)
C3 第3クラッチ(係合要素)(解放側係合要素)
C4 第4クラッチ(係合要素)

Claims (4)

  1. エンジンと、油圧制御を通じて複数の係合要素を選択的に係合または解放させることにより変速比が異なる複数のギヤ段を成立させて当該エンジンからの動力を駆動輪側へ伝達する自動変速機と、を備える車両の制御装置であって、
    パワーオンダウンシフト変速時に、予め設定された目標出力軸トルクに応じて係合側係合要素および解放側係合要素の係合油圧を制御するものであり、
    トルク相開始時における解放側係合要素の係合油圧を維持したまま、トルク相開始よりも当該解放側係合要素の係合油圧の低下開始を遅延させるとともに、トルク相中に入力軸回転速度の吹き上がりが生じている場合には、所定の上限遅延時間を超えたとき、または、当該上限遅延時間内で吹き上がりが収束したときに、当該解放側係合要素の係合油圧の低下を開始させることを特徴とする車両の制御装置。
  2. 上記請求項1に記載の車両の制御装置において、
    上記上限遅延時間を超えたとき、または、当該上限遅延時間内で吹き上がりが収束したときに、上記目標出力軸トルクに応じて上記解放側係合要素の係合油圧を低下させることを特徴とする車両の制御装置。
  3. 上記請求項1または2に記載の車両の制御装置において、
    トルク相中に入力軸回転速度の吹き上がりが生じていない場合には、上記上限遅延時間よりも短く設定された最低遅延時間以上になったときに、上記解放側係合要素の係合油圧の低下を開始させることを特徴とする車両の制御装置。
  4. 上記請求項3に記載の車両の制御装置において、
    上記最低遅延時間は、上記係合側係合要素の分担トルクと上記自動変速機の油温とに基づいて設定されることを特徴とする車両の制御装置。
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