JP4696692B2 - 自動変速制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、変速機を車両が失速しない範囲で最も低燃費で走行可能なギア段へと自動変速する自動変速制御装置に関するものである。

変速機を自動的に変速する自動変速制御装置において、変速機のギア段を、車両が失速しない範囲で最も低燃費で走行可能なギア段へと変速する低燃費モードと称される変速制御を実行するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この低燃費モードの変速制御内容の概略を図６を用いて説明する。

図中横軸がエンジン回転速度であり、縦軸が正味平均有効圧力Ｐｍｅ（エンジントルクに相当）である。図中実線Ａで示す線図はエンジンの等燃費線図であり、同一ライン上であれば燃料消費率ＳＦＣが同じであることを意味している。また、この等燃費線図Ａにおいて、内側のラインに近づくほど燃料消費率が低く（燃費が良く）、逆に外側のラインに近づくほど燃料消費率が高く（燃費が悪く）なる。点線Ｂで示すラインは、エンジンの最大トルク線図である。

低燃費モードでは、車両の運転状態に基づいて、現在の運転状態を維持するために最低限必要な馬力（つまり現在の状態で定常走行するために必要な出力）を決定し、その等馬力線図Ｃを作成する。定常走行に必要な馬力は、走行条件（路面の勾配など）やアクセル開度、つまりエンジン負荷に応じて変化する。

今、変速機のギア段がＮ段で、エンジン回転速度がＲ（Ｎ）で走行しているとする。すると、まず、現ギア段Ｎで現在の運転状態を維持するために最低限必要となる必要トルクＴ（Ｎ）が算出され、その必要トルクＴ（Ｎ）とエンジン回転速度Ｒ（Ｎ）とに基づいて等馬力線図Ｃが作成される。なお、図６において、エンジン回転速度Ｒ及びエンジントルクＴの括弧内の記号は対応するギア段を示している。

次に、現在のエンジン回転速度Ｒ（Ｎ）と変速機の各ギア段のギア比とに基づいて、変速機の各ギア段毎に変速後の仮想エンジン回転速度を決定し、その仮想エンジン回転速度と等馬力線図Ｃとに基づいて、各ギア段毎に、変速後現在の運転状態を維持するために必要となる必要トルクを決定する。つまり、図６において、変速機を現ギア段Ｎから１段シフトアップした後の仮想エンジン回転速度がＲ（Ｎ＋１）であり、そのＮ＋１段で現在の運転状態を維持するために必要なトルクはＴ（Ｎ＋１）である。また、変速機を現ギア段Ｎから２段シフトアップした後の仮想エンジン回転速度がＲ（Ｎ＋２）であり、Ｎ＋２段で現在の運転状態を維持するために必要なトルクはＴ（Ｎ＋２）である。なお、図６では、現ギア段ＮからＮ＋２段までしか示されていないが、変速機の全てのギア段に対して変速後の仮想エンジン回転速度Ｒと必要トルクＴとが決定される。そして、その仮想エンジン回転速度Ｒ及び必要トルクＴと等燃費線図Ａとに基づいて、変速機の各ギア段毎に燃料消費率が決定される。

次に、必要トルクＴが、エンジンの最大トルクＢ以下であるギア段のみを選択可能なギア段として決定する。これは、必要トルクＴがエンジンの最大トルクＢよりも大きいギア段に変速すると、変速後に車両が失速してしまうからである。そして、選択可能なギア段のなかで、最も燃料消費率の低い（燃費の良い）ギア段を目標ギア段として選定し、変速機をその目標ギア段へ変速する。

図６の例では、選択可能なギア段として、現ギア段Ｎと、現ギアよりも一つ高いギア段Ｎ＋１が決定され、両者の燃料消費率が比較される。ここでは、現ギア段ＮよりもＮ＋１段の方が燃料消費率が低いので、変速機がＮ＋１段にシフトアップされることになる。

特開平１１−０８２０８４号公報 特開２００３−２９１６８４号公報

ところが、このような低燃費変速制御では、勾配が頻繁に変化する登坂路を車両が走行するときなど、エンジンの負荷が比較的短い周期で変化する場合、変速機の変速が頻繁に行われてしまい、ドライバーが感じるシフトフィーリングが悪化することがあった。

この理由を図７を用いて説明する。

今、変速機のギア段がＮ段で登坂路を走行中であり、そのＮ段における必要トルクＴ（Ｎ）がエンジンの最大トルクＢよりも僅かに小さい状態であるとする（ラインＣ）。

この状態から走行路面の勾配が一時的に大きくなると、エンジン負荷が大きくなるため、Ｎ段での必要トルクが大きくなる（Ｔ（Ｎ）→Ｔ’（Ｎ）、ラインＣ→ラインＣ’）。これにより、Ｎ段での必要トルクＴ’（Ｎ）がエンジンの最大トルクＢを越えると、Ｎ段が選択可能なギア段から除外されるため、Ｎ段よりも低速側のＮ−１段が新たな目標ギア段として選定され、変速機がＮ−１段へシフトダウンされる。

その後、路面の勾配が小さくなり、Ｎ段での必要トルクが最大トルクＢ以下になる（Ｔ’（Ｎ）→Ｔ（Ｎ））と、Ｎ段が選択可能となり、かつＮ段の燃料消費率がＮ−１段の燃料消費率よりも低いので、変速機がＮ段へシフトアップされることになる。

その後、路面の勾配が再び大きくなると、上述した理由から変速機が再度Ｎ−１段にシフトダウンされる。

このように、登坂路を走行しているときなど、エンジン負荷が比較的高く、現ギア段での必要トルクがエンジンの最大トルクＢの近傍に位置している場合、エンジン負荷（路面勾配）の僅かな変化によって変速が実行されることになるため、勾配が頻繁に変化する登坂路を走行する場合など、エンジン負荷が短い周期で変化する場合、シフトダウンとシフトアップが短い周期で繰り返されることになり、シフトフィーリングが悪化してしまう。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、エンジン負荷が短い周期で変化したときの頻繁な変速動作を防止して、良好なシフトフィーリングを確保できる自動変速制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、車両の変速機の各ギア段毎に、燃料消費率と、現在の運転状態を維持するために必要な必要トルクとを決定し、必要トルクがエンジンの最大トルク以下であるギア段の中で最も燃料消費率の低いギア段を目標ギア段として選定し、変速機をその目標ギア段に変速する変速制御手段と、車両が失速したときに、上記エンジンの最大トルクに１よりも大きい所定係数を乗じて比較トルクを算出し、その比較トルクと上記変速制御手段により決定された現ギア段の必要トルクとを比較して、上記現ギア段の必要トルクが上記比較トルクより大きいときには、上記変速制御手段によるシフトダウンを禁止する変速禁止手段と、を備えたものである。

ここで、上記変速禁止手段は、アクセル開度が小さくなっていないにもかかわらず車速が低下したときに、車両が失速したと判定しても良い。

また、上記所定係数は、上記変速機の各ギア段毎にそれぞれ設定されても良い。

また、上記変速禁止手段は、エンジンの回転速度が所定回転速度以下であるときには、上記現ギア段の必要トルクが上記比較トルクより大きくても、上記変速制御手段による変速の禁止を実行せず、既に上記変速制御手段による変速を禁止している場合にはその禁止を解除しても良い。

また、上記変速禁止手段は、上記変速制御手段による変速を禁止した後、所定期間を経過したときには、上記変速の禁止を解除しても良い。

また、上記所定期間は、上記変速機の各ギア段毎にそれぞれ設定されても良い。

本発明によれば、エンジン負荷が短い周期で変化したときに変速機が頻繁に変速されることを防止でき、良好なシフトフィーリングを確保することができる。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は、本実施形態に係る車両の自動変速制御装置の概略図である。

本実施形態の自動変速制御装置は、トラック等の車両に搭載されるディーゼルエンジン１にクラッチ２を介して連結された多段変速機３（ここでは前進１２段変速機）を自動変速するものである。

エンジン１はエンジン制御手段（ＥＣＵ）６によって制御される。ＥＣＵ６は基本的には、エンジン１の回転速度を検出するエンジン回転センサ７と、アクセルペダル５の開度を検出するアクセル開度センサ８との検出値からエンジンの運転状態（エンジン回転速度及びエンジン負荷）を読取り、そのエンジン運転状態に基づいてエンジン１の燃料噴射時期及び燃料噴射量（エンジン出力）等を制御する。

クラッチ２及び変速機３は、ＴＭＣＵ（変速制御手段）９によって自動制御される。ＥＣＵ６とＴＭＣＵ９とは互いにバスケーブル等を介して接続され、相互に連絡可能となっている。

クラッチ２にはクラッチアクチュエータ１０が設けられ、ＴＭＣＵ９はこのクラッチアクチュエータ１０に信号を出力し、クラッチアクチュエータ１０を介してクラッチ２を断接制御する。なお、本実施形態では、クラッチ２はクラッチペダル１１によるマニュアル断接も可能となっている。クラッチ２には、クラッチプレート（図示せず）の位置を検出するためのクラッチストロークセンサ１４が設けられ、クラッチストロークセンサ１４の検出値はＥＣＵ６及びＴＭＣＵ９に送信される。

また、変速機３にはギアシフトユニット（ＧＳＵ）１２が設けられ、ＴＭＣＵ９はこのＧＳＵ１２に信号を出力し、ＧＳＵ１２を介して変速機３を変速制御する。変速機３には、そのギアポジションを検出するためのギアポジションセンサ２３が設けられ、そのギアポジションセンサ２３の検出値がＴＭＣＵ９に送信される。また、変速機３には、そのアウトプットシャフト（図示せず）の回転速度を検出するためのアウトプットシャフトセンサ２８が設けられ、そのアウトプットシャフトセンサ２８の検出値がＴＭＣＵ９に送信される。ＴＭＣＵ９は、アウトプットシャフトセンサ２８の検出値に基づいて車速を算出する。

変速機３を変速する際には、ＴＭＣＵ９はまずクラッチアクチュエータ１０に信号を出力してクラッチ２を断し、次いでＧＳＵ１２に信号を出力して変速機３のギア抜き・ギアインを実行し、その後クラッチ２を接続する。なお、本実施形態では、変速機３はシフトチェンジ手段２９によるマニュアル変速もできるようになっている。

ＴＭＣＵ９は、「背景技術」の欄で説明したような低燃費モードと称される変速制御を実行する。詳しくは上述したので省略するが、基本的には、変速機３の各ギア段毎に、燃料消費率と、現在の運転状態を維持するために必要な必要トルクとを決定し、必要トルクがエンジンの最大トルク以下であるギア段の中で最も燃料消費率が低い（燃費が良い）ギア段を目標ギア段として選定し、変速機３をその目標ギア段へと自動変速する。特に、本実施形態では、ＴＭＣＵ９は、現ギア段の必要トルクがエンジンの最大トルクを越えた場合、基本的には、その現ギア段の燃料消費率を、予め定められた最高燃料消費率（最悪燃費）とすることで、現ギア段を選択可能なギア段から除外するようにしている。

さて、本実施形態の自動変速制御装置の特徴は、ＴＭＣＵ９が、エンジン負荷が比較的短い周期で変化したときの不必要な変速動作を防止する「変速禁止手段」としての機能を備える点にあり、勾配が頻繁に変化する登坂路を車両が走行するときなど、エンジン負荷が比較的短い周期で変化するときのシフトフィーリング向上が図られている。

以下、この点について図２のフローチャートを用いて説明する。このフローチャートは、ＴＭＣＵ９が所定周期毎に実行するものである。

まず、ＴＭＣＵ９は、図２のステップＳ１において、現在、車両が失速しているか否かを判定する。具体的には、ＴＭＣＵ９は、アクセル開度センサ８により検出されるアクセルペダル５の開度が小さくなっていないにもかかわらず、アウトプットシャフトセンサ２８の検出値に基づいて算出される車速が低下したときに、車両が失速していると判定し、それ以外の場合には、車両が失速していないと判定する。

ステップＳ１で車両が失速していないと判定した場合、ＴＭＣＵ９は後述する変速機３の変速禁止制御は実行しない。また、既に変速禁止制御を実行している場合は、ステップ１０においてその禁止を解除すると共に、後述するタイマをクリアする。車両が失速していなければ、変速機３の頻繁な変速動作が発生するおそれはないからである。

ステップＳ１で車両が失速していると判定した場合、ステップＳ２に進み、エンジン回転センサ７により検出されるエンジン回転速度が、予めＴＭＣＵ９に入力された所定回転速度（設定値１）よりも大きいか否かを判定する。この設定値１は、変速機３の変速（具体的にはシフトダウン）を禁止した場合、エンストが生じるおそれがあるような回転速度か、それよりも若干高く設定される。ここでは、設定値１は1100rpmである。

ステップＳ２で、エンジン回転速度が設定値１以下であると判定した場合、ＴＭＣＵ９は変速機３の変速禁止制御は実行せず、既に変速禁止制御を実行している場合は、ステップ１０においてその禁止を解除すると共に、タイマをクリアする。この場合、変速を禁止するとエンストが生じるおそれがあるからである。

ステップＳ２で、エンジン回転速度が設定値１よりも大きいと判定した場合、ステップＳ３に進み、エンジンの最大トルクに、予めＴＭＣＵ９に入力された所定係数（設定値２）を乗じて比較トルクを算出する。この設定値２は、１よりも大きな値に設定されるものであり、算出される比較トルクはエンジンの最大トルクよりも大きな値となる。つまり、最大トルクに所定係数を乗じてエンジンの最大トルクをかさ上げするのであり、その「かさ上げした最大トルク」のことを比較トルクと呼ぶ。

本実施形態では、設定値２（所定係数）は変速機３の各ギア段毎に定められ、各ギア段の値が、それよりも高速側のギア段の値以上となるように設定される。具体的に説明すると、設定値２は、図４に示すように、１速ギア段から７速ギア段までは同一の値に設定され、７速ギア段から１２速ギア段までは、高速側のギア段に向かう程、小さくなるように設定される。

図２に戻り、ＴＭＣＵ９はステップＳ３で比較トルクを算出した後、ステップＳ４に進み、保持タイマ値（設定値３）を決定する。この設定値３は、変速機３の各ギア段毎に定められて予めＴＭＣＵ９に入力されており、ＴＭＣＵ９はギアポジションセンサ２３の検出値に基づいて、現ギア段に対応する保持タイマ値を選択する。本実施形態では、設定値３は、各ギア段の値が、それよりも高速側のギア段の値以上となるように設定される。具体的に説明すると、設定値３は、図５に示すように、１速ギア段から７速ギア段までは同一の値に設定され、７速ギア段から１２速ギア段までは、高速側のギア段に向かう程、小さくなるように設定される。

ＴＭＣＵ９は、図２のステップＳ４で保持タイマ値を決定した後、ステップＳ５に進み、現ギア段の必要トルクがステップＳ３において決定した比較トルク（かさ上げした最大トルク）よりも大きいか否かを判定する。この時点では車両が失速している状態なので、現ギア段の必要トルクは、現在の出力トルク（エンジンの最大トルク）に失速をなくすために必要なトルク（現在不足しているトルク）を加えて算出する。

ステップＳ５で、現ギア段の必要トルクが比較トルク以下であると判定した場合、ＴＭＣＵ９は変速機３の変速禁止制御は実行せず、既に変速禁止制御を実行している場合は、ステップ１０においてその禁止を解除すると共に、タイマをクリアする。

一方、ステップＳ５において、現ギア段の必要トルクが比較トルクよりも大きいと判定した場合、ステップＳ６にてＴＭＣＵ９に内蔵されたタイマの値を増加した後、ステップＳ７に進み、タイマの値が、ステップＳ４で決定した保持タイマ値（設定値３）よりも大きいか否かを判定する。このステップＳ７が初めて実行されるときは、タイマの値は保持タイマ値よりも小さくなる。

ステップＳ７において、タイマの値が保持タイマ値よりも小さいと判定した場合、ステップＳ９に進み、ＴＭＣＵ９は、変速機３の変速動作を禁止する。つまり、この場合、現ギア段の必要トルクがエンジンの最大トルクよりも大きい状態（車両が失速している状態）であるにも関わらず、変速機３の変速が禁止される。

ステップＳ９で変速機３の変速を禁止した後、所定期間が経過して、ステップＳ７でタイマの値が保持タイマ値よりも大きくなったと判定したならば、ステップＳ８に進み、ＴＭＣＵ９は変速機３の変速禁止を解除する。車両が長期間失速するとドライバーのフィーリングを損なうからである。これにより、変速機３は必要トルクがエンジンの最大トルクよりも小さく、かつ燃料消費率が最も低いギア段へとシフトダウンされることになる。

このように、本実施形態の自動変速制御装置のＴＭＣＵ９は、現ギア段の必要トルクがエンジンの最大トルクよりも大きくなって車両が失速したときに、エンジンの最大トルクに所定係数を乗じて最大トルクよりも大きな比較トルクを算出し、現ギア段の必要トルクが比較トルクよりも大きい場合は、所定期間だけ変速機３の変速を禁止する。つまり、走行路面の勾配が大きくなったとしても、その勾配が極端に大きくないときには、変速機３の変速（シフトダウン）を所定期間だけ留保するのである。これにより、一時的な負荷変動（勾配変動）に伴う不必要な変速を防止することができるため、勾配が頻繁に変化する登坂路を走行するときなどに変速回数を少なくすることができ、シフトフィーリングを向上させることができる。

これを図３を用いて説明する。

今、変速機３のギア段がＮ段で登坂路を走行中であり、そのＮ段における必要トルクＴ（Ｎ）がエンジンの最大トルクＢよりも僅かに小さい状態であるとする（ラインＣ）。

この状態から走行路面の勾配が一時的に大きくなると、エンジン負荷が大きくなるため、Ｎ段での必要トルクが大きくなる（Ｔ（Ｎ）→Ｔ’（Ｎ）、ラインＣ→ラインＣ’）。これにより、Ｎ段での必要トルクＴ’（Ｎ）がエンジンの最大トルクＢを越えると、車両の失速が判定される（図２のステップＳ１でＹＥＳと判定される）。

このときのエンジンの回転速度Ｒ（Ｎ）が所定回転速度（設定値１）よりも大きい場合（ステップＳ２でＹＥＳと判定された場合）、ＴＭＣＵ９はエンジンの最大トルクＢに所定係数（設定値２）を乗じて比較トルクＢ’を算出する（ステップＳ３）。

そして、現ギア段（Ｎ段）の必要トルクＴ’（Ｎ）が、この比較トルクＢ’より大きい場合（ステップＳ５でＹＥＳと判定された場合）、変速機３の変速が所定期間だけ禁止される（ステップＳ７、Ｓ９）。

この所定期間の間に走行路面の勾配が小さくなって、現ギア段（Ｎ段）の必要トルクが最大トルクＢ以下になる（Ｔ’（Ｎ）→Ｔ（Ｎ））と、車両の失速が終了し（ステップＳ１でＮＯと判定され）、変速機３の変速禁止が解除される（ステップＳ１０）。この場合、現ギア段（Ｎ段）の必要トルクＴ（Ｎ）がエンジンの最大トルクＢ以下であり、かつ現ギア段の燃料消費率が最も低いので、変速機３は現ギア段（Ｎ段）に維持されることになる。結果的に、一時的な勾配変化に追従する変速機３の変速は実行されない。従って、変速回数が減り、シフトフィーリングが向上する。

以上説明してきたように、本実施形態の自動変速制御装置によれば、勾配が頻繁に変化する登坂路を走行する場合など、エンジン負荷が短い周期で変化する場合であっても、エンジン負荷の変動が一時的なものであれば変速機３の変速を行わないので、変速回数を低減でき、良好なシフトフィーリングを確保できる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定はされない。

例えば、上記実施形態では、図２のステップＳ１において車両の失速を判定する際に、アクセルペダル開度と車速とに基づいて判定するとしたが、本発明はこの点において限定されない。例えば、ＴＭＣＵ９が決定した現ギア段の必要トルクがエンジンの最大トルクよりも大きいときに、車両が失速していると判定するようにしても良い。

また、ＴＭＣＵ９は常に低燃費モードに従って変速を行うものに限定はされず、通常時は、エンジン回転速度とアクセル開度とに基づいて各ギア段の範囲を定めたマップに従って変速機３を変速し、所定の条件が成立したとき（例えば、ドライバが低燃費モードの開始スイッチをＯＮしたときなど）にのみ低燃費モードに従った変速制御を行うもの等でも良い。

本発明の一実施形態に係る自動変速制御装置の概略図である。 変速禁止手段の制御内容を示す制御フローである。 変速禁止手段の制御内容を説明するための図である。 設定値２を定めたマップの一例である。 設定値３を定めたマップの一例である。 低燃費モードによる変速制御を説明するための図である。 エンジンの負荷が比較的短い周期で変化するときに、変速が頻繁に行われてしまう状態を説明するための図である。

符号の説明

１ エンジン
２ クラッチ
３ 変速機
５ アクセルペダル
６ ＥＣＵ
７ エンジン回転センサ
８ アクセル開度センサ
９ ＴＭＣＵ（変速制御手段、変速禁止手段）
２８ アウトプットシャフトセンサ

Claims (6)

1. 車両の変速機の各ギア段毎に、燃料消費率と、現在の運転状態を維持するために必要な必要トルクとを決定し、必要トルクがエンジンの最大トルク以下であるギア段の中で最も燃料消費率の低いギア段を目標ギア段として選定し、変速機をその目標ギア段に変速する変速制御手段と、
   車両が失速したときに、上記エンジンの最大トルクに１よりも大きい所定係数を乗じて比較トルクを算出し、その比較トルクと上記変速制御手段により決定された現ギア段の必要トルクとを比較して、上記現ギア段の必要トルクが上記比較トルクより大きいときには、上記変速制御手段によるシフトダウンを禁止する変速禁止手段と、
   を備えたことを特徴とする自動変速制御装置。
2. 上記変速禁止手段は、アクセル開度が小さくなっていないにもかかわらず車速が低下したときに、車両が失速したと判定する請求項１記載の自動変速制御装置。
3. 上記所定係数は、上記変速機の各ギア段毎にそれぞれ設定される請求項１又は２記載の自動変速制御装置。
4. 上記変速禁止手段は、エンジンの回転速度が所定回転速度以下であるときには、
   上記現ギア段の必要トルクが上記比較トルクより大きくても、上記変速制御手段による変速の禁止を実行せず、既に上記変速制御手段による変速を禁止している場合にはその禁止を解除する請求項１〜３いずれかに記載の自動変速制御装置。
5. 上記変速禁止手段は、上記変速制御手段による変速を禁止した後、所定期間を経過したときには、上記変速の禁止を解除する請求項１〜４いずれかに記載の自動変速制御装置。
6. 上記所定期間は、上記変速機の各ギア段毎にそれぞれ設定される請求項５記載の自動変速制御装置。

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