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JP2009518567A - 原動機付き車両用オートマチックトランスミッションのシフトチェンジ制御方法 - Google Patents

原動機付き車両用オートマチックトランスミッションのシフトチェンジ制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】原動機の燃料噴射量を変化させることによって前記原動機のトルクを調整し、駆動状態により良好に適合するオートマチックトランスミッションのシフトチェンジ制御方法を提供すること。
【解決手段】燃料噴射量が電子制御されるよう設定された原動機に、入力側においてクラッチを介して接続された原動機付き車両用オートマチックトランスミッションのシフトチェンジ制御方法であって、シフトチェンジ開始時に、原動機付き車両の現在における駆動状態に応じた少なくとも１つの駆動パラメータ及び／又はシフトチェンジ過程に応じた少なくとも１つのシフトチェンジパラメータを検出並びに分析するとともに、アイドリングトルクに調整された前記原動機のトルクに対応する前記原動機の燃料噴射量（α０ａ）を前記分析の結果に応じて前記原動機付き車両の駆動状態及び／又はシフトチェンジ過程に適合させる。

Description

本発明は、燃料噴射量が電子制御されるよう設定された内燃エンジンである原動機に、入力側において摩擦クラッチであるクラッチを介して接続された原動機付き車両用オートマチックトランスミッションのシフトチェンジ制御方法であって、現在のギヤ段と目標ギヤ段の間のシフトチェンジ時に、ギヤを現在のギヤ段から外す前に前記原動機の燃料噴射量を変化させることによって前記原動機のトルクをアイドリングトルクに調整し、一方、ギヤを目標ギヤ段へ入れた後に前記原動機の燃料消費量を上記と逆に変化させて前記原動機のトルクを負荷トルクに調整する前記シフトチェンジ制御方法に関するものである。
オートマチックトランスミッションは、乗用車、輸送用車両等の原動機付き車両（以下、単に「車両」という。）においてますます使用されるようになってきている。その理由として、オートマチックトランスミッションにおいては、比較的軽量であるとともにコンパクトである上、シフトチェンジが自動的になされるため変速効率が高く、かつ、操作性も良く、車両の燃料消費率（燃費）を低く抑えることができることが挙げられる。なお、輸送用車両に用いられるこのようなオートマチックトランスミッションは、非特許文献１における題名“Die ZF-AS-Tronic-Familie”（第７７２ページ〜）なる項目に記載されている。
最近のオートマチックトランスミッションに設けられるパワートレインには、クラッチに加えて、原動機が制御されつつトランスミッションに接続されている。そのため、シフトチェンジ時には、クラッチが自動で係脱されるだけでなく、原動機のトルク及び回転数も適切に制御される（通常は低下させる）ようになっている。これについて、原動機の構造上の現状及び具体的なシフトチェンジ過程に応じて複数の手段が考えられる。
特許文献１には、オートマチックトランスミッションにおけるシフトチェンジ時に、少なくとも部分的に排気バルブを閉鎖する、点火タイミングを遅らせるよう調整する、燃料ポンプの出力若しくは燃料噴射量を下げる、及び少なくとも部分的に吸気バルブを閉鎖するのうち少なくともいずれかによって原動機のトルク並びに回転数を低減させることが提案されている。
また、特許文献２には、シフトチェンジ時に、現在のギヤ段からギヤを負荷なく外せるよう、クラッチ解放前に原動機のトルクを低減させるものが提案されている。
さらに、特許文献３には、クラッチが接続されている状態でシフトチェンジがなされ、かつ、目標ギヤ段にシンクロさせるための機械的なエンジンブレーキが使用されるオートマチックトランスミッション制御方法が開示されている。
本発明は、上記のような種類における統合制御されるパワートレインを基本としてなされたものであり、ギヤを現在のギヤ段から外す前に原動機の燃料噴射量を変化させることによって原動機のトルクをアイドリングトルクに調整するものである。すなわち、このとき、加速方向（原動機により車両を駆動する）へのシフトチェンジ時には燃料噴射量を制限してトルクを低減する一方、減速方向（車輪が原動機を駆動する）へのシフトチェンジ時には燃料噴射量を増加させてトルクを増大させている。
また、本発明は、ギヤを目標ギヤ段へ入れた後に原動機の燃料噴射量を変化させることによって原動機のトルクを再び適当なトルクに調整するものでもある。すなわち、このとき、加速方向（原動機により車両を駆動する）へのシフトチェンジ時には燃料噴射量を増加させてトルクを増大させる一方、減速方向（車輪が原動機を駆動する）へのシフトチェンジ時には燃料噴射量を制限してトルクを低減させている。
このようなシフトチェンジはクラッチの係脱に関係なく行うことが可能であり、シフトチェンジ中のパワートレインの無負荷状態は、第１にクラッチを解放させることで、又は第２にクラッチが接続状態にあればトルクをアイドリングトルクに調整することで達成される。
なお、このような燃料噴射量によるシフトチェンジ制御は、特にディーゼルエンジンを備えた車両（特に輸送用車両）に使用される。しかし、もちろんオットーエンジン、特に燃料直噴システムを備えたものにも使用することが可能である。
独国特許出願公開第１９７１５８５０号明細書 独国特許第１９９０４１２９号明細書 独国特許出願公開第１０２４３２７７号明細書 "ＡＴＺ（Automobiltechnische Zeitschrift）"、２００４年９月版
ところで、燃料噴射量の制御時において、アイドリングトルクに対応する燃料噴射量は従来においては一定であり、例えば高い負荷を伴う登坂走行時にシフトアップするなどの所定の駆動状態においては、シフトチェンジ時間が長くなるとともにクラッチの磨耗を早め、シフトチェンジの快適性が損なわれるという問題がある。
本発明は上記問題にかんがみてなされたもので、その目的とするところは、駆動状態により良好に適合する冒頭に述べたようなオートマチックトランスミッションのシフトチェンジ制御方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、該請求項１の上位概念に記載した特徴を有するシフトチェンジ制御方法において、シフトチェンジ開始時に、原動機付き車両の現在における駆動状態に応じた少なくとも１つの駆動パラメータ及び／又はシフトチェンジ過程に応じた少なくとも１つのシフトチェンジパラメータを検出並びに分析するとともに、アイドリングトルクに調整された前記原動機のトルクに対応する前記原動機の燃料噴射量を前記分析の結果に応じて前記原動機付き車両の駆動状態及び／又はシフトチェンジ過程に適合させることを特徴としている。
なお、このシフトチェンジ制御方法における好ましい実施形態は、請求項２〜１０に記載されている。
しかして、本発明によるアイドリングトルクに対応する燃料噴射量の調整によれば、原動機のトルク及び回転数は、制御方向に応じて増大や低減がなされ、駆動状態及び／又は実際のシフトチェンジ過程そのものに適合される。これにより、シフトチェンジ過程が迅速になるとともに、クラッチの磨耗が低減される上、シフトチェンジが快適になされることになる。
また、実際の車両の駆動状態は走行抵抗によって決定され、この走行抵抗は、アイドリングトルクに調整された原動機のトルクに対応する原動機の燃料噴射量を、検出した走行抵抗がその平均値と比較して大きい場合には増大させる一方、検出した走行抵抗がその平均値と比較して小さい場合には減少させることができるように検出されるものである。
ここで、加減速してない場合の走行状態における走行抵抗とは、ころがり抵抗、空気抵抗及び勾配抵抗の合計である。ころがり抵抗は車両重量に比例して増大し、空気抵抗は車速の自乗に比例して増大し、勾配抵抗は車両重量及び路面勾配に比例して増大する。そのため、荷重センサによって車両の積載重量を検出し、該積載重量にあらかじめ調べた車両の自重を加算してころがり抵抗を算出することが可能である。
また、多くはトランスミッション出力軸に設けられた回転数センサである速度センサによって車速を検出し、空気抵抗を算出することが可能である。さらに、勾配センサによって路面勾配を検出し、該路面勾配と上記積載重量に車両の自重を加えた車両重量とから勾配抵抗を算出することが可能である。
そして、アイドリングトルクに対応する燃料噴射量を走行抵抗に適合させる場合には、例えば、高い負荷を伴う登坂走行時のシフトアップが低い負荷の平坦路走行の場合よりも迅速になされる。
ところで、車両の実際の駆動状態は、更に原動機の駆動状態によっても決定することができる。例えばターボチャージャを備えた内燃エンジンの場合には、排気タービンの加速に必要な負荷上昇のためにシフトチェンジ過程が長くなってしまうため、シフトチェンジ中に原動機（内燃エンジン）の回転数を極端に低減させないことが重要である。そのため、シフトチェンジ開始時に原動機の加速容量を検出するとともに、アイドリングトルクに調整された原動機のトルクに対応する原動機の燃料噴射量を、検出した加速容量がその平均値と比較して大きい場合には減少させる一方、検出した加速容量がその平均値と比較して小さい場合には増大させるのが好ましい。
ここで、加速容量は原動機の実際の回転数、原動機の実際のエアブーストプレッシャ及び原動機の実際のトルクから算出され、この際、これら各値は、センサによって検出されるか、原動機制御装置から読み出される。
さらに、他の駆動パラメータとして、運転者の出力要求を評価することも考えられる。すなわち、運転者の出力要求を検出し、アイドリングトルクに調整された原動機のトルクに対応する原動機の燃料噴射量を、検出した出力要求がその平均値と比較して大きい場合には増大させる一方、検出した出力要求がその平均値と比較して小さい場合には減少させるのが好ましい。
このような運転者の出力要求は、変位センサによってアクセルペダルの踏込位置を検出すること、キックダウンスイッチによってアクセルペダル終端位置を検出すること、及びブレーキペダルスイッチによってフットブレーキの操作を検出することによって検出あるいは推測される。
また、運転者による直接の操作に無関係に、例えばエコモードとスポーツモードの間、サマーモードとウィンターモードの間などの走行プログラムスイッチの位置信号によって作動させる走行プログラムを変更して、最適な燃料噴射量に調整することも可能である。
さらに、シフトチェンジ過程は、トランスミッション及びシフトチェンジ特有のシフトチェンジパラメータによって影響を受ける。そのため、アイドリングトルクに調整された原動機のトルクに対応する燃料噴射量を、現在のギヤ段と目標ギヤ段の間での急激な変速比の変化と、シフトチェンジ中のパワートレインの負荷方向とに応じて変化させるのが好ましい。
ここで、現在のギヤ段と目標ギヤ段の間での急激な変速比の変化は、多くの場合、電子記憶装置から読み出される。そして、アイドリングトルクに調整された原動機のトルクに対応する燃料噴射量を、検出した変速比の変化がその平均値と比較して大きい場合には増大させる一方、検出した変速比の変化がその平均値と比較して小さい場合には減少させるようにすることができる。
さらに、アイドリングトルクに調整された原動機のトルクに対応する燃料噴射量を、検出した負荷方向が加速方向である場合には増大させる一方、検出した負荷方向が減速方向である場合には減少させるようにすることも可能である。
本発明によれば、シフトチェンジ過程が迅速になるとともに、クラッチの磨耗が低減される上、シフトチェンジが快適になされるようになる。
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、クラッチの制御ストローク、原動機の燃料噴射量及び原動機のトルクのシフトチェンジ中の各時間変化を表すものである。すなわち、この図１のグラフには、例として、シフトチェンジ過程後半におけるクラッチの制御ストロークＳk、燃料噴射量αME及び原動機のトルクＭMの時間ｔについての変化が示されている。
しかして、時点ｔ０でギヤが目標のギヤ段へ入れられ、通常、燃料噴射量αMEは、アイドリングトルクＭ０ａに対応するα０ａまで低下している。その結果、原動機のトルクＭMもほぼ０のＭ０ａとなっている。このとき、クラッチは、外された位置、つまり完全に解放された位置であるｓ０で示す位置にある。
ｔ１の時点では原動機の負荷上昇が開始され、燃料噴射量αMEが、時点ｔ２で達するα１までα０ａから傾斜路状に増大する。これに伴い、トルクＭMも、クラッチの制御ストロークＳkがｓ０からｓ１へ変位するのに応じてｔ１からｔ２ａへ増大する。したがって、シフトチェンジに必要な時間はｔ２ａ−ｔ１となっている。
ここで、仮に何らかの不都合な動作条件によって上記時間ｔ２ａ−ｔ１が長過ぎてしまう場合には、原動機の燃料噴射量αMEを、本発明によりシフトチェンジ開始時にあらかじめα０ｂまで増大させておく。また、これに伴い、原動機のトルクＭMもＭ０ｂまでわずかに増大される。
このように設定することで、燃料噴射量αMEは、その目標量であるα１まで同じ上昇勾配で早く到達することになる。すなわち、時点ｔ２ｂにおいて燃料噴射量αMEが既にα１に到達している。このとき、クラッチは自動調整されるため、クラッチの制御ストロークＳkもその完全な接続位置であるｓ１へ時点ｔ２ｂにおいて到達することになる。この結果、原動機の負荷上昇及びクラッチの接続がｔ２ｂ−ｔ１の時間で行われ、シフトチェンジ過程全体の時間が短縮されることになる。
クラッチの制御ストローク、原動機の燃料噴射量及び原動機のトルクのシフトチェンジ中の各時間変化を表すグラフである。
符号の説明
αME 原動機の燃料噴射量
α０ａ，α０ｂ 原動機の燃料噴射量のスタート値
α１ 原動機の燃料噴射量の目標値
ＭM 原動機のトルク
Ｍ０ａ，Ｍ０ｂ 原動機のトルクのスタート値
Ｍ１ 原動機のトルクの目標値
Ｓk クラッチの制御ストローク
ｓ０ クラッチ解放位置
ｓ１ クラッチ接続位置
ｔ，ｔ０，ｔ１，ｔ２ａ，ｔ２ｂ 時点

Claims (10)

  1. 燃料噴射量が電子制御されるよう設定された内燃エンジンである原動機に、入力側において摩擦クラッチであるクラッチを介して接続された原動機付き車両用オートマチックトランスミッションのシフトチェンジ制御方法であって、現在のギヤ段と目標ギヤ段の間のシフトチェンジ時に、ギヤを現在のギヤ段から外す前に前記原動機の燃料噴射量（αME）を変化させることによって前記原動機のトルク（ＭM）をアイドリングトルクに調整し、一方、ギヤを目標ギヤ段へ入れた後に前記原動機の燃料消費量を上記と逆に変化させて前記原動機のトルクを負荷トルクに調整する前記シフトチェンジ制御方法において、
    シフトチェンジ開始時に、原動機付き車両の現在における駆動状態に応じた少なくとも１つの駆動パラメータ及び／又はシフトチェンジ過程に応じた少なくとも１つのシフトチェンジパラメータを検出並びに分析するとともに、アイドリングトルクに調整された前記原動機のトルクに対応する前記原動機の燃料噴射量（α０ａ）を前記分析の結果に応じて前記原動機付き車両の駆動状態及び／又はシフトチェンジ過程に適合させることを特徴とするシフトチェンジ制御方法。
  2. 前記原動機付き車両の走行抵抗を検出するとともに、アイドリングトルクに調整された前記原動機のトルクに対応する前記原動機の燃料噴射量（α０ａ）を、検出した前記走行抵抗がその平均値と比較して大きい場合には増大させる一方、検出した前記走行抵抗がその平均値と比較して小さい場合には減少させることを特徴とする請求項１記載のシフトチェンジ制御方法。
  3. 荷重センサによって積載重量を検出して該積載重量からころがり抵抗を算出するステップと、
    速度センサによって走行速度を検出して該走行速度から空気抵抗を算出するステップと、
    勾配センサによって路面勾配を検出して該路面勾配から勾配抵抗を算出するステップと
    を行うことを特徴とする請求項２記載のシフトチェンジ制御方法。
  4. 前記原動機の加速容量を検出するとともに、アイドリングトルクに調整された前記原動機のトルクに対応する前記原動機の燃料噴射量（α０ａ）を、検出した前記加速容量がその平均値と比較して大きい場合には減少させる一方、検出した前記加速容量がその平均値と比較して小さい場合には増大させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のシフトチェンジ制御方法。
  5. 前記加速容量を、回転数センサによって前記原動機の回転数を検出すること、圧力センサによって前記原動機のエアブーストプレッシャを検出すること、及びトルクセンサによって前記原動機のトルクを検出することのうち少なくともいずれかによって検出することを特徴とする請求項４記載のシフトチェンジ制御方法。
  6. 運転者の出力要求を検出し、アイドリングトルクに調整された前記原動機のトルクに対応する前記原動機の燃料噴射量（α０ａ）を、検出した前記出力要求がその平均値と比較して大きい場合には増大させる一方、検出した前記出力要求がその平均値と比較して小さい場合には減少させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のシフトチェンジ制御方法。
  7. 運転者の前記出力要求を、変位センサによってアクセルペダルの踏込位置を検出すること、キックダウンスイッチによってアクセルペダル終端位置を検出すること、ブレーキペダルスイッチによってフットブレーキの操作を検出すること、及び走行プログラムスイッチによって動作中の走行プログラムを検出することのうち少なくともいずれかによって検出することを特徴とする請求項６記載のシフトチェンジ制御方法。
  8. 現在のギヤ段と目標ギヤ段の間での急激な変速比の変化を検出し、アイドリングトルクに調整された前記原動機のトルクに対応する前記原動機の燃料噴射量（α０ａ）を、検出した前記変速比の変化がその平均値と比較して大きい場合には増大させる一方、検出した前記変速比の変化がその平均値と比較して小さい場合には減少させることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のシフトチェンジ制御方法。
  9. パワートレインの負荷方向を検出し、アイドリングトルクに調整された前記原動機のトルクに対応する前記原動機の燃料噴射量（α０ａ）を、検出した前記負荷方向が加速方向である場合には増大させる一方、検出した前記負荷方向が減速方向である場合には減少させることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のシフトチェンジ制御方法。
  10. シフトチェンジのシフト方向を検出し、アイドリングトルクに調整された前記原動機のトルクに対応する前記原動機の燃料噴射量（α０ａ）を、検出した前記シフト方向がシフトアップである場合には増大させる一方、検出した前記シフト方向がシフトダウンである場合には減少させることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のシフトチェンジ制御方法。
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