JP2016037999A - 変速制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不要なビジーシフトを回避しつつ、ドライバがもたつき感を持つことを抑制できる変速制御装置を提供すること。
【解決手段】過給機を有する内燃機関と内燃機関に接続された自動変速機とを備える車両の変速制御装置であって、変速制御装置は、アクセル開度に基づきドライバの要求駆動力を算出し、過給圧に基づき、自動変速機をダウンシフトさせない場合の所定時間後の駆動力の予測値を第１駆動力予測値として算出し、過給圧に基づき、自動変速機をダウンシフトさせた場合の所定時間後の駆動力の予測値を第２駆動力予測値として算出し、要求駆動力と第１駆動力予測値との差が第１しきい値以上であり、かつ第２駆動力予測値と第１駆動力予測値との差が第２しきい値以上である場合に、自動変速機をダウンシフトさせる。
【選択図】図３

Description

本発明は、変速制御装置に関する。

過給機付き内燃機関（エンジン）を搭載した車両においては、ドライバのアクセルペダルの踏み込み操作から所定の過給圧に上昇するまでに時間的な遅延（ターボラグ）が存在する。そのため、加速直後は、エンジン出力トルクの増大に従って速くなる車速に対してスロットル開度が大きすぎる状態になり、自動変速機がシフトダウンするという問題がある。このようなシフトダウンは、ビジーシフト（頻繁に発生する変速）の原因となる。これに対して、特許文献１には、ターボラグに基づいてシフトダウンへの移行時間を遅延させることにより、ターボラグに起因する不要なシフトダウンを防止する技術が開示されている（特許文献１参照）。

特開平４−３６６０６８号公報

ところで、ターボラグが有る場合、不要なシフトダウンによるビジーシフトが発生する場合があるだけでなく、加速のためにドライバがアクセルを踏み込んでから所望の駆動力が得られるまでに遅延が存在する場合がある。この遅延が、所定時間、たとえばドライバがアクセル踏み込み操作から所望の加速がなされるまでの時間として期待する時間を超える場合は、ドライバはもたつき感を感じることになる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、不要なビジーシフトを回避しつつ、ドライバがもたつき感を持つことを抑制できる変速制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る変速制御装置は、過給機を有する内燃機関と前記内燃機関に接続された自動変速機とを備える車両の変速制御装置であって、前記変速制御装置は、アクセル開度に基づきドライバの要求駆動力を算出し、過給圧に基づき、前記自動変速機をダウンシフトさせない場合の所定時間後の駆動力の予測値を第１駆動力予測値として算出し、前記過給圧に基づき、前記自動変速機をダウンシフトさせた場合の前記所定時間後の駆動力の予測値を第２駆動力予測値として算出し、前記要求駆動力と前記第１駆動力予測値との差が第１しきい値以上であり、かつ前記第２駆動力予測値と前記第１駆動力予測値との差が第２しきい値以上である場合に、前記自動変速機をダウンシフトさせることを特徴とする。

本発明によれば、不要なビジーシフトを回避しつつ、ドライバがもたつき感を持つことを抑制できるという効果を奏する。

図１は、実施の形態に係る変速制御装置を搭載した車両の概略構成図である。 図２は、図１に示す過給機付きのエンジン及びその関連箇所の概略構成図である。 図３は、実施の形態による制御の一例を示すフローチャートである。 図４は、基本的な変速制御に復帰する制御の一例を示すフローチャートである。 図５は、変形例に係る制御の別の一例を示すフローチャートである。

以下に、図面を参照して本発明に係る変速制御装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、実施の形態に係る変速制御装置を搭載した車両の概略構成図である。図１に示すように、車両１００は、内燃機関である過給機付きのエンジン１と、自動変速機２と、プロペラシャフト３と、デファレンシャルギア４と、左右の駆動軸５と、左右の駆動輪６と、油圧制御部７と、車速センサ８と、アクセル開度センサ９と、エンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０と、自動変速機ＥＣＵ１１と、を備える。

図２は、図１に示す過給機付きのエンジン及びその関連箇所の概略構成図である。はじめに、図２を参照してエンジン１及びその関連箇所の構成について説明する。
エンジン１は、シリンダブロック上にシリンダヘッドが締結されて構成され、複数のシリンダ２１が配列されて形成されている。各シリンダ２１にはピストン２２が昇降自在に嵌合している。各ピストン２２は、コネクティングロッド２３を介してクランクシャフトに連結されている。

シリンダ２１の燃焼室には、吸気バルブ２４が設けられた吸気ポートを介して吸気マニホールド２５が連結されている。吸気マニホールド２５には、サージタンク２６を介して吸気管２７が連結されている。吸気管２７は、空気Ａを取り入れる空気取入口に接続されている。空気取入口には、エアクリーナ２８が取付けられている。吸気管２７において、エアクリーナ２８の下流側には、スロットル弁２９ａを有する電子スロットル装置２９が設けられている。

また、シリンダ２１の燃焼室には、排気バルブ３０が設けられた排気ポートを介して排気マニホールド３１が連結されている。排気マニホールド３１には、排気ガスＥを排気するための排気管３２が連結されている。排気管３２には、スタート触媒３３、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３４、ＮＯｘ選択還元触媒３５が順次装着されている。

吸気管２７及び排気管３２には、ターボ過給機３６が設けられている。このターボ過給機３６は、吸気管２７に設けられたコンプレッサ３６ａと排気管３２に設けられたタービン３６ｂとがタービンシャフト３６ｃにより一体に連結された構成を有する。このターボ過給機３６におけるコンプレッサ３６ａの下流側の吸気管２７には、コンプレッサ３６ａにより過給されて温度が上昇した吸気を冷却する水冷のインタークーラ３７が設けられている。

また、吸気管２７は、コンプレッサ３６ａをバイパスする管路２７ａを備えており、管路２７ａにはターボ過給機３６とスロットル弁２９ａとの間の余剰圧力を解放するためのブローオフバルブ３８が設けられている。排気管３２は、タービン３６ｂをバイパスする管路３２ａを備えており、管路３２ａにはタービン３６ｂへの排気ガスの流入量を調節するためのウェイストゲートバルブ３９が設けられている。

また、吸気管２７と排気管３２との間には、エンジン１から排出された排気ガスの一部を排気管３２から吸気管２７に流し、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスとしてエンジン１に吸気させるためのＥＧＲ管路４０が設けられている。ＥＧＲ管路４０にはＥＧＲクーラ４１及びＥＧＲバルブ４２が設けられている。

エンジン１の内部には、吸気ポートに燃料を噴射するインジェクタ４３が装着されると共に、燃焼室の混合気に対して点火する点火プラグ４４が装着されている。

さらに、エアクリーナ２８の下流側には空気の流入量を検知するエアフローセンサ４５が設けられている。吸気管２７においてインタークーラ３７の上流側には、ターボ過給機３６のコンプレッサ３６ａにより過給された吸気の温度を検知する吸気温センサ４６が設けられている。サージタンク２６には、過給された吸気の過給圧を検知する過給圧センサ４７が設けられている。排気管３２においてタービン３６ｂの上流側には、排気ガス中の酸素濃度を検知する空燃比センサ４８が設けられている。エンジン１のクランクシャフトには、エンジン回転数を算出するために用いるクランク角を検知するためのクランク角センサ４９が設けられている。エアフローセンサ４５、吸気温センサ４６、過給圧センサ４７、空燃比センサ４８、クランク角センサ４９は、いずれもエンジンＥＣＵ１０に検知結果を出力するようにエンジンＥＣＵ１０に電気的に接続されている。

図１に戻る。エンジン１には、トルクコンバータを介して有段式の自動変速機２が連結されている。自動変速機２は、出力側にプロペラシャフト３が連結されており、このプロペラシャフト３にデファレンシャルギア４を介して左右の駆動軸５が連結されている。さらに、左右の駆動軸５のそれぞれに左右の駆動輪６が連結されている。

エンジン１が駆動すると、その駆動力がクランクシャフトから出力され、トルクコンバータを介して自動変速機２の入力軸に入力され、ここで所定の変速が行われる。その後、駆動力は、自動変速機２の出力軸からプロペラシャフト３に出力され、プロペラシャフト３からデファレンシャルギア４を介して左右の駆動軸５に伝達されることにより、左右の駆動輪６を駆動回転することができる。なお、自動変速機２は、油圧制御部７による制御されることで、変速動作を行うことができる。

車速センサ８は、車両１００の走行速度を検知し、アクセル開度センサ９は、ドライバのアクセルペダルの踏み込み量に応じたアクセル開度を検知し、それぞれエンジンＥＣＵ１０に検知結果を出力するようにエンジンＥＣＵ１０に電気的に接続されている。

エンジンＥＣＵ１０及び自動変速機ＥＣＵ１１は、物理的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及び入出力等のインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路である。これらのＥＣＵの機能は、ＲＯＭに保持されるアプリケーションプログラムをＲＡＭにロードしてＣＰＵで実行することによって、ＣＰＵの制御のもとで制御対象を動作させると共に、ＲＡＭやＲＯＭにおけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。さらに、エンジンＥＣＵ１０及び自動変速機ＥＣＵ１１は、相互に通信可能に構成されており、各種指令や各種センサの検知結果等の送受信を行う。

エンジンＥＣＵ１０は、上述した各種センサの検知結果が入力され、これに基づいてエンジンの運転状態を検知し、インジェクタ４３による燃料噴射量や噴射時期、点火プラグ４４による点火時期などを制御している。

自動変速機ＥＣＵ１１は、車速及びアクセル開度の検知結果等に基づいて、油圧制御部７に制御信号を出力する。油圧制御部７は、制御信号に基づき自動変速機２の油圧機構を制御する。これにより、自動変速機２の変速が行われる。

本実施の形態に係る変速制御装置は、自動変速機ＥＣＵ１１、または自動変速機ＥＣＵ１１及びエンジンＥＣＵ１０を含む構成により実現される。

ここで、変速制御装置による変速は、基本的には、予め記憶された変速マップや変速線図に基づいて、車速及びアクセル開度の検知結果に応じた変速点で行われる。しかしながら、上述したように、ターボラグが有る場合、不要なシフトダウンによるビジーシフトが発生する場合があるだけでなく、ドライバがもたつき感を感じる場合がある。

これに対して、本実施の形態では、変速制御装置は、アクセル開度に基づきドライバの要求駆動力を算出し、過給圧に基づき、自動変速機をダウンシフトさせない場合の所定時間後の駆動力の予測値を第１駆動力予測値として算出し、過給圧に基づき、自動変速機をダウンシフトさせた場合の所定時間後の駆動力の予測値を第２駆動力予測値として算出し、要求駆動力と前記第１駆動力予測値との差が第１しきい値以上であり、かつ第２駆動力予測値と前記第１駆動力予測値との差が第２しきい値以上である場合に、自動変速機をダウンシフトさせる。これにより、駆動力に関して所定の条件が成立する場合のみダウンシフトが行われるので、不要なビジーシフトを回避しつつ、ドライバがもたつき感を持つことを抑制できる。

以下、本実施の形態による制御の一例を、図３に示す制御ルーチンのフローチャートを用いて具体的に説明する。
はじめに、ステップＳ１０１において、変速制御装置は、アクセル開度に基づきドライバの要求する要求駆動力を算出する。要求駆動力は、ドライバがアクセル踏み込み操作によって期待する加速を実現するためのエンジン１の駆動力である。要求駆動力の算出は、主にドライバがアクセルを踏み込んで加速を要求する際に行われるものである。要求駆動力は、たとえば車速及びアクセル開度、またはそれに加えて現在の変速段に基づき、予め記憶されたマップ値によって算出される。このようなマップ値としては、ウェーバー・フェヒナーの法則（Weber-Fechner）を利用して作成したものが利用できる。ウェーバー・フェヒナーの法則によれば、「人間の感覚量は与えられた刺激量の物理量の対数に比例する。」とされており、この法則に従って、アクセル踏み込み操作によるアクセル開度変化が加速度変化に比例するようにマップ値を設定できる。

つぎに、ステップＳ１０２において、変速制御装置は、過給圧に基づき、自動変速機２をダウンシフトさせない、すなわち現在の変速段を維持した場合の所定時間後の駆動力の予測値を第１駆動力予測値として算出する。ここで、変速制御装置には、エンジン１の回転数毎の過給圧の上昇勾配が予めマップデータとして記憶されている。駆動力の予測値は、このマップデータと、エンジン回転数及び過給圧とから、所定時間後の過給圧を予測し、予測過給圧から発生トルクを予測し、予測発生トルクから駆動力を予測することで得ることができる。エンジン回転数及び過給圧は、クランク角センサ４９の検知結果から算出されたエンジン回転数の値及び過給圧センサ４７で検知された過給圧の値を利用できる。

所定時間とは、たとえばドライバがアクセル踏み込み操作から所望の加速がなされるまでの時間として期待する時間（ドライバ期待時間）であり、たとえばミリ秒オーダーの値である。ドライバ期待時間は、アクセル操作に対して加速の応答遅れをどれくらい許容するかを所定の評価基準に従って定めた適合値であって、たとえば車両１００の車格や、検知された現在の車速に応じて設定される。

つぎに、ステップＳ１０３において、変速制御装置は、過給圧に基づき、自動変速機２をダウンシフトさせた場合の所定時間後駆動力の予測値を第２駆動力予測値として算出する。ここで、所定時間は、ステップＳ１０２における所定時間と同じ時間であり、たとえばドライバ期待時間である。過給圧は、ステップＳ１０２における過給圧と同じ値であり、たとえば過給圧センサ４７で検知された過給圧の値である。なお、ステップＳ１０１〜Ｓ１０３は、適宜順序を入れ替えて行ってもよい。

つぎに、ステップＳ１０４において、変速制御装置は、要求駆動力と第１駆動力予測値との差が第１しきい値以上であり、かつ第２駆動力予測値と第１駆動力予測値との差が第２しきい値以上であるか否かを判定する。すなわち、変速制御装置は、（要求駆動力）−（第１駆動力予測値）≧（第１しきい値）、かつ、（第２駆動力予測値）−（第１駆動力予測値）≧（第２しきい値）であるか否かを判定する。

要求駆動力と第１駆動力予測値との差が第１しきい値以上であり、かつ第２駆動力予測値と第１駆動力予測値との差が第２しきい値以上である場合（ステップＳ１０４、Ｙｅｓ）、第１判定条件が成立する。第１判定条件が成立する場合、自動変速機２をダウンシフトさせない場合は要求駆動力を満たせず、かつダウンシフトさせた場合の方がダウンシフトさせない場合よりも予測される駆動力が大きいので要求駆動力を早く達成しやすい状態である。この場合、ステップＳ１０５において、制御プログラムにおける一時ダウンシフト要求フラグをＯＮにする。これにより、自動変速機２がダウンシフトされ、制御ルーチンを終了する。なお、このダウンシフトは、予め記憶された変速マップや変速線図に基づく変速点での変速に優先して行われる。

一方、第１判定条件が成立しない場合、すなわち、要求駆動力と第１駆動力予測値との差が第１しきい値より小さい、または第２駆動力予測値と第１駆動力予測値との差が第２しきい値より小さい場合（ステップＳ１０４、Ｎｏ）は、制御ルーチンを終了する。

これにより、自動変速機２をダウンシフトさせない場合よりもダウンシフトさせた場合の方が要求駆動力を早く達成しやすい場合はダウンシフトが行われ、そうでない場合はダウンシフトが行われない。その結果、不要なビジーシフトを回避しつつ、ドライバがもたつき感を持つことを抑制できる。なお、不要なビジーシフトを回避することで、燃費の向上や排気ガス量の抑制の効果を得ることもできる。

なお、このダウンシフトは、予め記憶された変速マップや変速線図に基づく、基本的な変速点での変速制御に優先して行われるが、上述した判定条件が非成立であり、かつ、変速領域がアップ点を超えている場合は、基本的な変速制御に復帰した方がよい。基本的な変速制御に復帰するには、たとえば以下のように制御を行う。

図４は、基本的な変速制御に復帰する制御の一例を示す制御ルーチンのフローチャートである。はじめに、ステップＳ２０１において、変速制御装置は、一時ダウンシフト要求フラグがＯＮであるか否かを判定する。ＯＮでない場合（ステップＳ２０１、Ｎｏ）は、制御ルーチンを終了する。一方、ＯＮである場合（ステップＳ２０１、Ｙｅｓ）は、ステップＳ２０２に進み、上述した第１判定条件が非成立であり、かつ変速領域がアップ点を超えており、かつ一時ダウンシフト要求フラグがＯＮである状態が一定時間以上実行されているか否かを判定する。変速領域がアップ点を超えているとは、現在の車速及びアクセル開度の組み合わせの属する変速領域が、現在の変速段におけるアップ点を超えていることを意味する。なお、一時ダウンシフト要求フラグがＯＮである状態が一定時間以上実行されているか否かを判定条件として含めることにより、不要なビジーシフトを回避できる。この一定時間は、たとえば２００ｍｓ程度と設定することができる。

第１判定条件が非成立であり、かつ変速領域がアップ点を超えており、かつ一時ダウンシフト要求フラグがＯＮである状態が一定時間以上実行されている場合（ステップＳ２０２、Ｙｅｓ）は、第２判定条件が成立する。第２判定条件が成立する場合は、ステップＳ２０３に進み、制御プログラムにおける一時ダウンシフト要求フラグをＯＦＦにする。これにより、基本的な変速制御への復帰が実行され、制御ルーチンを終了する。

一方、第２判定条件が成立しない場合（ステップＳ２０２、Ｎｏ）は、制御ルーチンを終了する。これにより、一時ダウンシフト要求フラグがＯＮの状態が維持される。

以上説明したように、本実施の形態によれば、不要なビジーシフトを回避しつつ、ドライバがもたつき感を持つことを抑制できる。

なお、過給機付きであり、かつリーン燃焼モードで運転可能な過給リーンエンジンでは、排気エネルギーが小さいため、理論（ストイキ）燃焼モードの場合と比較して過給圧が上がりにくい。また、大型の過給機を搭載する場合には、タービンの慣性が大きいため、タービンの回転数が上がりにくい。そのため、これらの過給リーンエンジンや大型ターボを搭載した車両では、ターボラグが大きくなるため、上記ビジーシフトやもたつき感がより顕著になる。従って、本実施の形態に係る変速制御装置を好適に適用できる。

また、本発明の変形例として、ドライバのアクセルの踏み込み操作に対するエンジンの応答が遅いと推定される条件が成立する場合に、一時ダウンシフト要求フラグをＯＮにする制御を行ってもよい。応答が遅いと推定される条件とは、たとえば、現在の過給圧が低い、またはエンジン回転数が低く、かつ燃焼領域が過給リーン領域である（アクセル開度が所定のしきい値未満である）条件である。

図５は、本発明の変形例に係る制御の別の一例を示す制御ルーチンのフローチャートである。はじめに、ステップＳ３０１において、変速制御装置は、上記に例示した応答が遅いと推定される条件が成立しているか否かを判定する。成立している場合（ステップＳ３０１、Ｙｅｓ）は、ステップＳ３０２に進み、制御プログラムにおける一時ダウンシフト要求フラグをＯＮにする。これにより、自動変速機２がダウンシフトされ、制御ルーチンを終了する。一方、成立していない場合（ステップＳ３０１、Ｎｏ）は、制御ルーチンを終了する。

これにより、応答が遅いと推定される条件が成立している場合はダウンシフトが行われ、そうでない場合はダウンシフトが行われないので、不要なビジーシフトを回避しつつ、ドライバがもたつき感を持つことを抑制できる。

なお、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１ エンジン
２ 自動変速機
７ 油圧制御部
８ 車速センサ
９ アクセル開度センサ
１０ エンジンＥＣＵ
１１ 自動変速機ＥＣＵ
３６ ターボ過給機
４７ 過給圧センサ
４９ クランク角センサ
１００ 車両

Claims (1)

1. 過給機を有する内燃機関と前記内燃機関に接続された自動変速機とを備える車両の変速制御装置であって、前記変速制御装置は、
   アクセル開度に基づきドライバの要求駆動力を算出し、
   過給圧に基づき、前記自動変速機をダウンシフトさせない場合の所定時間後の駆動力の予測値を第１駆動力予測値として算出し、
   前記過給圧に基づき、前記自動変速機をダウンシフトさせた場合の前記所定時間後の駆動力の予測値を第２駆動力予測値として算出し、
   前記要求駆動力と前記第１駆動力予測値との差が第１しきい値以上であり、かつ前記第２駆動力予測値と前記第１駆動力予測値との差が第２しきい値以上である場合に、前記自動変速機をダウンシフトさせる、
   ことを特徴とする変速制御装置。

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