JP7064621B2 - 車両の制御装置及び車両の制御方法 - Google Patents

車両の制御装置及び車両の制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、車両の制御装置及び車両の制御方法に関する。
WO2015/046353A1には、無段変速機の制御方法として、駆動源の出力回転を無段階に変速可能な無段変速機を予め設定された複数の変速段同士の間でステップ的(段階的)にアップシフトする制御が開示されている。
当該制御はドライバがアクセルペダルを踏んで加速する際に実行されるものであり、段階的にアップシフトをしていくもの(以下では、段階的なアップシフトを「段階変速」ともいう。)である。このため、駆動輪に伝達される駆動力(トルク)は車速が増加するにつれて段階的に減少していくことになる。
そのため、駆動輪に大きな負荷(例えば、道路勾配の大きい登坂路等)がかかるなど、車両の走行抵抗が高まる要因がある場合に、段階変速のシーケンス途中で駆動力(トルク)が段階的に下がった瞬間に失速し加速感が鈍化してしまうことが考えられる。
このような状況に対応するために、例えば、実際の車両の加速度が所定値を下回った時に段階的アップシフトを禁止することが考えられる。しかしながら、この場合には、実際に駆動力が足りなくなった後の処理であるので対処として遅きに失するおそれがある。
そこで、例えば、走行抵抗などを計算して車両の失速を予測して段階的アップシフトを禁止することが考えられる。この場合は、事前に対処が可能となる。しかしながら、走行抵抗のパラメータの一つには車重があり、搭載人数や搭載荷物の重量により変動するため、精度が悪い。また、勾配角度などの計測可能なパラメータのみで走行抵抗を推定する方法も考えられるが、あくまで推定であり精度が悪い。
本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、段階変速中に急激に失速することを精度良く、より確実に抑制することを目的とする。
本発明のある態様によれば、無段変速機を有する車両を制御する車両の制御装置は、無段変速機を段階的にアップシフトさせて車両を加速させる段階変速中に、段階変速中の出力軸回転速度の時間的変化率と、無段変速機の現時点での変速比と、無段変速機のアップシフト後変速比と、に基づき、段階変速を禁止する制御部を有する。
本発明の別の態様によれば、無段変速機を有する車両を制御する車両の制御方法は、無段変速機を段階的にアップシフトさせて車両を加速させる段階変速中に、段階変速中の出力軸回転速度の時間的変化率と、無段変速機の現時点での変速比と、無段変速機のアップシフト後変速比と、に基づき、段階変速を禁止する。
これらの態様によれば、段階変速中に急激に失速することを精度良く、より確実に抑制できる。
図1は、本発明の実施形態に係る車両の概略構成図である。 図2は、本発明の実施形態に係る変速マップ及び変速線の一例を示す図である。 図3は、本発明の実施形態に係る車両における駆動力の変化を示す図である。 図4は、本発明の実施形態に係る変速制御のフローチャートである。 図5は、本発明の実施形態に係る変速制御のタイミングチャートである。 図6は、本発明の実施形態の変形例に係る変速制御のタイミングチャートである。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図1は、車両100の概略構成図である。車両100は、エンジン1と、無段変速機としての自動変速機3と、オイルポンプ5と、駆動輪6と、制御装置としてのコントローラ10と、を備える。
エンジン1は、ガソリン、軽油等を燃料とする内燃機関であり、走行用駆動源として機能する。エンジン1は、コントローラ10からの指令に基づいて、回転速度、トルク等が制御される。
自動変速機3は、トルクコンバータ2と、締結要素31と、ベルト式無段変速機構(以下、「CVT」ともいう。)30と、油圧コントロールバルブユニット40(以下では、単に「バルブユニット40」ともいう。)と、オイル(作動油)を貯留するオイルパン32と、を備える。
トルクコンバータ2は、エンジン1と駆動輪6の間の動力伝達経路上に設けられる。トルクコンバータ2は、流体を介して動力を伝達する。また、トルクコンバータ2は、ロックアップクラッチ2aを締結することで、エンジン1からの駆動力の動力伝達効率を高めることができる。
締結要素31は、トルクコンバータ2とCVT30の間の動力伝達経路上に配置される。締結要素31は、コントローラ10からの指令に基づき、オイルポンプ5の吐出圧を元圧としてバルブユニット40によって調圧されたオイルによって制御される。締結要素31としては、例えば、ノーマルオープンの湿式多板クラッチが用いられる。締結要素31は、図示しない前進クラッチ及び後進ブレーキによって構成される。
CVT30は、締結要素31と駆動輪6との間の動力伝達経路上に配置され、車速やアクセル開度等に応じて変速比を無段階に変更することができる。CVT30は、プライマリプーリ30aと、セカンダリプーリ30bと、両プーリ30a,30bに巻き掛けられたベルト30cと、を備える。プーリ圧によりプライマリプーリ30aの可動プーリとセカンダリプーリ30bの可動プーリとを軸方向に動かし、ベルト30cのプーリ接触半径を変化させることで、変速比を無段階に変更することができる。なお、プライマリプーリ30aに作用するプーリ圧及びセカンダリプーリ30bに作用するプーリ圧は、オイルポンプ5からの吐出圧を元圧としてバルブユニット40によって調圧される。
CVT30のセカンダリプーリ30bの出力軸には、図示しない終減速ギア機構を介してディファレンシャル12が接続される。ディファレンシャル12には、ドライブシャフト13を介して駆動輪6が接続される。
オイルポンプ5は、エンジン1の回転がベルトを介して伝達されることによって駆動される。オイルポンプ5は、例えばベーンポンプによって構成される。オイルポンプ5は、オイルパン32に貯留されるオイルを吸い上げ、バルブユニット40にオイルを供給する。バルブユニット40に供給されたオイルは、各プーリ30a,30bの駆動や、締結要素31の駆動、自動変速機3の各要素の潤滑などに用いられる。
コントローラ10は、中央演算装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)及び入出力インタフェース(I/Oインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ10は、複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。具体的には、コントローラ10は、自動変速機3を制御するATCU、シフトレンジを制御するSCU、エンジン1の制御を行うECU等によって構成することもできる。なお、本実施形態における制御部とは、コントローラ10の後述する段階変速制御を実行する機能を仮想的なユニットとしたものである。
コントローラ10には、エンジン1の回転速度Neを検出する第1回転速度センサ51、締結要素31の出力回転速度Nout(=プライマリプーリ30aの回転速度Npri)を検出する第2回転速度センサ52、セカンダリプーリ30bの回転速度Nsecを検出する第3回転速度センサ53、車速Vを検出する車速センサ54、CVT30のセレクトレンジ(前進、後進、ニュートラル及びパーキングを切り替えるセレクトレバー又はセレクトスイッチの状態)を検出するインヒビタスイッチ55、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ56、ブレーキの踏力を検出する踏力センサ57、気圧を検出する気圧センサ58、及び道路勾配を検出する勾配センサ59等からの信号が入力される。コントローラ10は、入力されるこれらの信号に基づき、エンジン1、トルクコンバータ2のロックアップクラッチ2a、自動変速機3の各種動作を制御する。
次に、自動変速機3による段階変速制御について説明する。本実施形態では、加速時において、加速度αが所定値A以上である場合に、自動変速機3を予め設定された複数の変速段同士の間でステップ的(段階的)にアップシフトする変速制御を行う(以下では、ステップ的(段階的)にアップシフトする変速制御を「段階変速制御」という。)。以下に、本実施形態の段階変速制御について説明する。
コントローラ10内には、予め図2に示す変速マップが記憶されており、コントローラ10は、図2に示す変速マップに基づき、車両100の運転状態(本実施形態では車速V、プライマリ回転速度Npri、アクセル開度APO)に応じて、CVT30を制御する。なお、図2では、本実施形態の段階変速制御の一例として、あるアクセル開度APOでの変速線L1のみを示しているが、実際にはアクセル開度APO毎に設定された複数の変速線が存在する。
変速マップは、自動変速機3の動作点が車速Vとプライマリ回転速度Npriとにより定義される。自動変速機3はCTV30の変速比を最Low変速比にして得られる最Low線とCTV30の変速比を最High変速比にして得られる最High線の間の領域で変速することができる。
コントローラ10は、アクセル開度APOが車速Vに応じた段階変速開始開度よりも小さい場合に通常変速を行い、アクセル開度APOが車速Vに応じた段階変速開始開度以上となった場合に段階変速を行う。段階変速開始開度は、車速Vに応じて予め設定されたアクセル開度であって、運転者が加速を意図していると判断される大きさに設定される。
通常変速では、従来のベルト式無段変速機の変速マップと同様に、アクセル開度APO毎に設定された変速線に基づいて変速が行われる。
段階変速では、変速抑制フェーズと、アップシフトフェーズとが繰り返し行われる。
変速抑制フェーズでは、変速比の変化率(単位時間あたりの変速比の変化量)はゼロであり、エンジン回転速度(プライマリ回転速度Npri)の上昇に伴って車速Vが上昇する。なお、変速抑制フェーズにおいて、変速比の変化率をゼロよりも大きくしてもよい。この場合、変速比の変化率は、変速抑制フェーズ中に車速Vの増加に伴い、プライマリ回転速度Npriが低下することがない範囲に設定される。
アップシフトフェーズでは、変速比が段階的にHigh側に変更される。アップシフトフェーズにおける変速比の変化率は、車速Vの増加に伴い、プライマリ回転速度Npriが低下する範囲に設定される。
変速抑制フェーズとアップシフトフェーズにおける変速比の変化率を上述のように設定することで、段階変速制御における変速は、図2に示すようにプライマリ回転速度Npriの増減を繰り返す変速形態となる。
段階変速制御では、プライマリ回転速度Npriがアクセル開度APO毎に設定された第1所定回転速度になるとアップシフトフェーズが実行され、車速Vに応じてアクセル開度APO毎に設定された第2所定回転速度になるまでアップシフトされた後は、変速抑制フェーズが実行される。なお、第1所定回転速度及び第2所定回転速度は、車速Vが上がるにつれてアップシフト側になるように予め設定された値である。図2では、各車速Vに対応する第1所定回転速度を結んだ線を線L2とし、各車速Vに対応する第2所定回転速度を結んだ線を線L3として示している。
変速抑制フェーズでは、車速Vの上昇とともにプライマリ回転速度Npri(エンジン回転速度)が徐々に高くなる。
この段階変速制御は、上述のように、ドライバがアクセルペダルを踏んで車両100の加速を行う際に実行されるものであり、段階的にアップシフトをしていくものである。この段階変速においては、駆動輪6に伝達される駆動力(トルク)は、図3に示すように、車速Vが増加するにつれて、別の言い方をすると、アップシフトするにつれて、段階的に減少していく。
駆動輪6に大きな負荷(例えば、道路勾配の大きい登坂路に差し掛かる等)がかかるなど、車両100の走行抵抗が高まる要因がある場合に、段階的にアップシフトしてしまうと、駆動力(トルク)が急激に下がり、車両100が急激に失速してしまう(意図せず減速してしまう)おそれがある。
そこで、本実施形形態の段階変速制御では、アップシフトによって車両100が失速することが予測される場合には、段階変速を禁止する。以下に、図4に示すフローチャートを参照しながら、本実施形態の段階変速制御について具体的に説明する。本実施形態の段階変速制御は、コントローラ10にあらかじめ記憶されたプログラムに基づいて実行される。
まず、ステップS1において、加速度αが所定値A以上であるか否かを判定する。具体的には、コントローラ10は、車速センサ54によって検出された車速Vから加速度αを求め、加速度αが所定値A以上であるか否かを判定する。加速度αが所定値A以上であると判定されれば、ステップS2に進み、段階変速制御を指示する。これに対し、加速度αが所定値A未満であると判定されれば、ステップS6に進み、通常の変速制御を実行する。
ステップS3では、コントローラ10は、車速変化率推定値ΔVsが閾値V1以上であるか否かを判定する。
ここで、車速変化率推定値ΔVsについて具体的に説明する。車速変化率推定値ΔVsは、ΔVs=ΔV×Rn/Rp・・・(式1)によって求められた値である。以下に、ΔV、Rn、Rpについて説明する。
車速変化率ΔVは、段階変速中の自動変速機3の出力軸回転速度の時間的変化率である。具体的には、車速変化率ΔVは、第3回転速度センサ53によって検出されたセカンダリプーリ30bの回転速度Nsecを時間で微分した値である。なお、セカンダリプーリ30bの回転速度Nsecは車速Vに比例するので、ΔVは、車速Vの時間的変化率に比例するパラメータとなる。車速Vの時間的変化は、車重、道路勾配、走行抵抗の変化などの全ての要因を含んでいる。したがって、ΔVは、これらの全ての要因の変化が反映されたパラメータとなる。
実変速比Rnは、現在のCVT30の変速比である。実変速比Rnは、第2回転速度センサ52によって検出されたプライマリプーリ30aの回転速度Npriと、第3回転速度センサ53によって検出されたセカンダリプーリ30bの回転速度Nsecと、に基づいて算出される。
アップシフト後変速比Rpは、現時点でアップシフトした場合のCVT30の変速比である。図2を用いて説明すると、例えば、車速VがVaであるときには、車速Vaと第2所定回転速度線L3との交点Cにおける変速比が、アップシフト後変速比Rpに相当する。
車両100の駆動力は、車速変化率ΔVに比例する。このため、車速変化率推定値ΔVsもアップシフト後の駆動力に比例した値になる。よって、ステップS3において、車速変化率推定値ΔVsが閾値V1以上であるか否かを判定することによって、アップシフト後の駆動力が不足するか否かを判定することができる。
ステップS3において、車速変化率推定値ΔVsが閾値V1以上であると判定されれば、ステップS4に進み、車速変化率推定値ΔVsが閾値V1未満であると判定されれば、ステップS5に進む。なお、ステップS3において、車速変化率推定値ΔVsが閾値V1以上である状態が所定時間継続した場合に、ステップS4に進むようにしてもよい。これにより、ノイズによる影響や誤判定を防止できる。
ステップS4では、段階変速の実行を許可する。コントローラ10は、プライマリ回転速度Npriがアクセル開度APO毎に設定された第1所定回転速度になると、段階変速を実行する(アップシフトフェーズへ移行する)。
ステップS5では、段階変速の実行を禁止する。コントローラ10は、プライマリ回転速度Npriがアクセル開度APO毎に設定された第1所定回転速度になっても、段階変速を実行しない(アップシフトフェーズへ移行しない)、つまり、変速抑制フェーズを維持する。具体的には、コントローラ10は、その時点での変速比Rを維持するように制御を行う。
なお、このように段階変速の実行が禁止された場合において、プライマリ回転速度Npriが第1所定回転速度に達した場合に、線L2に沿って変速するように制御を行ってもよい。これにより、加速感が損なわれることを抑制できる。
このように、本実施形態では、車速Vの時間的変化率(車速変化率ΔV)と、実変速比Rnと、現時点でアップシフトした場合のアップシフト後変速比Rpと、に基づいて車速変化率推定値ΔVsを算出し、さらに、この車速変化率推定値ΔVsに基づいて、アップシフト後の駆動力が不足するか否かを判定する。
上述のように、第2所定回転速度は、車速Vが上がるにつれてアップシフト側になるように設定されている。このため、現時点で第2所定回転速度までアップシフトしたとしても、変速比RがLow側になることはない。したがって、現時点で車速変化率推定値ΔVsが閾値V1未満であると、次の段階変速後も車速変化率推定値ΔVsが閾値V1未満になる。つまり、現時点での車速変化率推定値ΔVsが閾値V1未満であると、次のアップシフト後に駆動力が不足することになる。したがって、車速変化率推定値ΔVsを用いて判定を行うことにより、車両100の実際の加速度が所定値を下回った時に段階的アップシフトを禁止する場合に比べて、精度良く、より早い段階で段階変速を禁止することができる。よって、車両100が急激に失速することをより確実に抑制することができる。
また、車速変化率推定値ΔVsは、上述のように、車重、道路勾配、走行抵抗の変化などの全ての要因が反映されたパラメータであるので、正確に駆動力の変化を予測することができる。
次に、図5に示すタイミングチャートを参照しながら、本実施形態の段階変速制御について説明する。
時刻t1において、アクセルペダルが踏み込まれると、車両100が加速を開始する。加速度αが所定値A以上であると、コントローラ10は、段階変速制御を実行する。具体的には、コントローラ10は、予め記憶されたアクセル開度APO毎に設定された変速線に沿うように、プライマリ回転速度Npri(エンジン回転速度)を制御する。また、コントローラ10は、車速変化率推定値ΔVsを算出し、ΔVsが閾値V1以上であるか否かを判定する。
時刻t2において、プライマリ回転速度Npriが第1所定回転速度になると、アップシフトフェーズに移行し段階変速を実行する。具体的には、コントローラ10は、図2に示す変速線L1に沿って、変速比RをHigh側に段階的に切り替える。そして、プライマリ回転速度Npriが第2所定回転速度になると、コントローラ10は、変速抑制フェーズに移行し、変速比を維持しながら、プライマリ回転速度Npri(エンジン回転速度)を上昇させる。以降、時刻t5まで、アップシフトフェーズと変速抑制フェーズとを繰り返し実行する。
時刻t6において、車速変化率推定値ΔVsが閾値V1未満になると、コントローラ10は、段階変速の実行(アップシフトフェーズへの移行)を禁止する。なお、このとき、コントローラ10は、変速抑制フェーズを継続する。具体的には、コントローラ10は、変速比Rを維持したままプライマリ回転速度Npri(エンジン回転速度)のみを増加させる。
そして、時刻t7において、プライマリ回転速度Npriが第1所定回転速度となった場合に、コントローラ10は、段階変速を実行せず(アップシフトフェーズへ移行せず)、変速比Rをそのまま維持する。なお、図5のプライマリ回転速度の指示値における太い点線は、段階変速が実行された場合を示している。
このように、本実施形態によれば、車速Vの時間的変化率(車速変化率ΔV)と、実変速比Rnと、アップシフト後変速比Rpと、に基づいて、アップシフト後の駆動力が不足するか否かを予測する。本実施形態の段階変速制御によれば、実際の車両100の加速度が所定値を下回った時に段階的アップシフトを禁止する場合に比べて、より早い段階で駆動力不測の判定を行うことができるので、車両100が急激に失速することをより確実に抑制することができる。
なお、このように段階変速の実行が禁止された場合において、段階的なダウンシフトを行うとともにCVT30の入力回転を上昇させるようにしてもよい。この変形例について図6に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。なお、時刻t1~t5までは、図5に示すタイミングチャートと同様なので説明を省略する。
時刻t16において、車速変化率推定値ΔVsが閾値V1未満になると、コントローラ10は、段階変速の実行(アップシフトフェーズへの移行)を禁止する。このとき、コントローラ10は、変速抑制フェーズを継続するとともに、図示しないタイマーを作動させる。そして、コントローラ10は、所定時間、所定のアクセル開度以上でアクセルペダルが踏まれ続けた場合には、CVT30を段階的にダウンシフトさせるとともにCVT30の入力回転(エンジン1の回転速度Ne)を上昇させる(時刻t17)。これにより、車両100を加速させることができる。
この変形例によれば、段階変速が禁止された後に、ダウンシフト及びエンジン1の出力アップを行うので、運転者の加速要求を損なうことを防止できる。
以上のように構成された本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。
コントローラ10(制御装置)は、無段変速機(CVT30)を段階的にアップシフトさせて車両100を加速させる段階変速中に、段階変速中の出力軸回転速度(セカンダリプーリ30bの回転速度Nsec)の時間的変化率(車速変化率ΔV)と、無段変速機(CVT30)の現時点での変速比R(実変速比Rn)と、無段変速機(CVT30)のアップシフト後変速比Rpと、に基づき、段階変速を禁止する制御部を有する。
コントローラ10によって段階変速に伴う急激な駆動力低下による失速を予測し、失速が予測される場合に段階変速を禁止することで、段階変速中に急激に失速することを抑制することができる。また、段階変速中の出力軸回転速度(セカンダリプーリ30bの回転速度Nsec)の時間的変化率(車速変化率ΔV)と、無段変速機(CVT30)の現時点での変速比R(実変速比Rn)と、無段変速機(CVT30)のアップシフト後変速比Rpと、に基づいて駆動力の不足を予測するので、実際の車両100の加速度が所定値を下回った時に段階的アップシフトを禁止する場合に比べて、段階変速中に急激に失速することを精度良く、より確実に抑制することができる。
本実施形態では、アップシフト後変速比Rpは、車速Vが上がるほどアップシフト側になるように設定された変速線に基づき決定される。
アップシフト直前に次回のアップシフト(段階変速)後の駆動力を予測して段階変速の禁止の有無を判定した場合には、非連続的な判定となるとともにアップシフト禁止の判断が間に合わなくなるおそれもある。そこで、車速Vが上がるほどアップシフト側になるように設定された変速線(線L3)を設定して、この変速線(線L3)に基づきアップシフト後変速比Rpを決定することで、リアルタイムに段階変速の実行判定(駆動力予測の演算)を行うことができる。
本実施形態では、変速線は、アクセル開度に応じて変更される。
アクセル開度に応じてエンジン駆動力が変化するのでアクセル開度に応じて変速線を変更することにより、段階変速中にアクセル開度APOの変化が起きた場合であっても適切に失速予測ができる。つまり、段階変速の禁止判断をアクセル開度APOの変化に応じて精密にすることができる。
コントローラ10(制御部)は、段階変速の禁止した後に段階的なダウンシフトを行うと共に無段変速機(CVT30)の入力回転を上昇させる。
段階変速を行う場合は運転者は加速要求をしている。このため、段階変速が禁止された後に、ダウンシフト及び駆動源(エンジン1)の出力アップを行うことで、運転者の加速要求を満足させることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
本願は、2018年12月14日に日本国特許庁に出願された特願2018-234830号に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (5)

  1. 無段変速機を有する車両を制御する車両の制御装置であって、
    前記無段変速機の入力軸回転速度があらかじめ設定された第1所定回転速度まで達したときに、前記入力軸回転速度があらかじめ設定された第2所定回転速度になるように前記無段変速機を段階的にアップシフトさせて前記車両を加速させる段階変速制御中において、前記アップシフトの実行を許可する条件が成立する前に、前記段階変速制御中の前記無段変速機の出力軸回転速度の時間的変化率と、前記無段変速機の現時点での変速比と、現時点で前記入力軸回転速度が前記第2所定回転速度になるようにアップシフトした場合の前記無段変速機のアップシフト後変速比と、に基づき、前記アップシフトを禁止する制御部を有する車両の制御装置。
  2. 請求項1に記載された車両の制御装置において、
    前記アップシフト後変速比は、車速が上がるほどアップシフト側になるように設定された変速線に基づき決定される車両の制御装置。
  3. 請求項2に記載された車両の制御装置において、
    前記変速線は、アクセル開度に応じて変更される車両の制御装置。
  4. 請求項1から請求項3のいずれか1つに記載された車両の制御装置において、
    前記制御部は、前記段階変速の禁止した後に段階的なダウンシフトを行うと共に前記無段変速機の入力回転を上昇させる車両の制御装置。
  5. 無段変速機を有する車両を制御する車両の制御方法であって、
    前記無段変速機の入力軸回転速度があらかじめ設定された第1所定回転速度まで達したときに、前記入力軸回転速度があらかじめ設定された第2所定回転速度になるように前記無段変速機を段階的にアップシフトさせて前記車両を加速させる段階変速制御中において、前記アップシフトの実行を許可する条件が成立する前に、前記段階変速制御中の前記無段変速機の出力軸回転速度の時間的変化率と、前記無段変速機の現時点での変速比と、現時点で前記入力軸回転速度が前記第2所定回転速度になるようにアップシフトした場合の前記無段変速機のアップシフト後変速比と、に基づき、前記アップシフトを禁止する車両の制御方法。
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