JP5911301B2 - 制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、機関が出力する駆動力をトルクコンバータを介して変速機に入力し車軸に伝達する態様の車両の制御に関する。

近時、実用燃費のさらなる向上を目的として、内燃機関や駆動系における機械的損失の低減や、これらを搭載した車両の軽量化、走行抵抗の低減等が図られている。他方、内燃機関及びトルクコンバータの出力性能は従来から変わらず、または寧ろ向上している。

上記の結果、クリープ現象（例えば、下記特許文献を参照）によるクリープ力が相対的に高まり、車両のクリープ走行の速度が上昇してきている。クリープ速度が徒に高いと、道路の渋滞時や車庫入れ時等における使い勝手が悪くなる。

クリープ速度を抑制するための手立てとしては、
（ｉ）内燃機関のアイドル回転数を低下させる
（ii）トルクコンバータのトルク容量係数を引き下げるように設計変更を行う
（iii）車両の各部における機械的損失を増す
（iv）変速機における最もローギヤ寄りの変速段の減速比（最大減速比）を小さくする
が考えられる。

（ｉ）は、実現できるならば理想的である。だが、機関のアイドル回転数は既に限界近くまで抑えられており、これ以上アイドル回転数を下げることはエンジンストールの頻発を招くこととなりかねず、困難を伴う。

（ii）は、車両の発進時等において、機関の出力トルクがダイレクトに変速機及び車軸に伝達されなくなるきらいがあり、エンジン回転数が上昇してその分だけ燃料消費が増す。加えて、トルクコンバータの新規設計及び作製のコストも無視できない。

（iii）は、そもそも燃費性能を悪化させるので本末転倒と言える。

（iV）は、車軸に伝わるクリープ力を小さくできる一方で、再発進時の加速性能や登坂性能を弱めることになってしまう。

特開２００７−３３１４６３号公報

本発明は、クリープ現象による車両のクリープ走行の速度を適切に抑制することを所期の目的としている。

本発明では、機関が出力する駆動力をトルクコンバータを介して変速機に入力し車軸に伝達するようにしたものにおいて、アクセルペダルが踏み込まれていないクリープ中にトルクコンバータのロックアップクラッチを滑り摩擦状態としつつ、実車速が目標車速を上回っているときにはロックアップクラッチの締結を強め、実車速が目標車速を下回っているときにはロックアップクラッチの締結を緩める制御を実行することを特徴とする制御装置を構成した。

本発明によれば、クリープ現象による車両のクリープ走行の速度を適切に抑制することが可能である。

本発明の一実施形態における車両用内燃機関の全体構成を示す図。 同実施形態における駆動系の構成を示す図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。この火花点火式内燃機関は、筒内直接噴射式のものであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）と、各気筒１内に燃料を噴射するインジェクタ１０と、各気筒１に吸気を供給するための吸気通路３と、各気筒１から排気を排出するための排気通路４と、吸気通路３を流通する吸気を過給する排気ターボ過給機５と、排気通路４から吸気通路３に向けてＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）ガスを還流させる外部ＥＧＲ装置２とを具備している。

気筒１の燃焼室の天井部には、点火プラグ１３を取り付けてある。点火プラグ１３は、点火コイル１２にて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイル１２は、半導体スイッチング素子であるイグナイタ１１とともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

吸気通路３は、外部から空気を取り入れて気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、過給機５のコンプレッサ５１、インタクーラ３２、電子スロットルバルブ３３、サージタンク３４、吸気マニホルド３５を、上流からこの順序に配置している。

排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２、過給機５の駆動タービン５２及び三元触媒４１を配置している。加えて、タービン５２を迂回する排気バイパス通路４３、及びこのバイパス通路４３の入口を開閉するバイパスバルブであるウェイストゲートバルブ４４を設けてある。ウェイストゲートバルブ４４は、アクチュエータに制御信号ｌを入力することで開閉操作することが可能な電動ウェイストゲートバルブであり、そのアクチュエータとしてＤＣサーボモータを用いている。

排気ターボ過給機５は、駆動タービン５２とコンプレッサ５１とを同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、駆動タービン５２を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサ５１にポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒１に送り込む。

外部ＥＧＲ装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものである。外部ＥＧＲ通路の入口は、排気通路４におけるタービン５２の上流の所定箇所に接続している。外部ＥＧＲ通路の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３３の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３４に接続している。外部ＥＧＲ通路上にも、ＥＧＲクーラ２１及びＥＧＲバルブ２２を設けてある。

図２に、車両が備える駆動系の例を示す。この駆動系は、トルクコンバータ７及び自動変速機８を具備する。内燃機関が出力する回転トルクは、内燃機関のクランク軸からトルクコンバータ７の入力側のポンプインペラ７１に入力され、出力側のタービンランナ７２に伝達される。タービンランナ７２の回転は、これに連結している自動変速機８の入力軸に伝わり、自動変速機８による変速（減速）を経て自動変速機８の出力軸を回転させる。自動変速機８の出力軸の回転は、出力ギヤ１０１に伝達される。出力ギヤ１０１は、デファレンシャル装置のリングギヤ１０２と噛合し、デファレンシャル装置を介して車軸１０３及び駆動輪（図示せず）を回転させる。

トルクコンバータ７は、ロックアップ機構を備える。ロックアップ機構は、この分野では既知のもので、トルクコンバータ７の入力軸と出力軸とを相対回動不能に締結するロックアップクラッチ７３と、ロックアップクラッチ７３を断接切換駆動するための油圧を制御するロックアップソレノイドバルブ（図示せず）とを要素とする。ロックアップソレノイドバルブは、制御信号ｏを受けてその開度を変化させる流量制御弁である。

一般的に、ロックアップ機構は、自動変速機８による変速比の変更を伴わない状況において、トルクコンバータ７の入力側と出力側とを締結する。ロックアップ時、ロックアップクラッチ７３はトルクコンバータカバー７４に押し付けられ、トルクコンバータカバー７４と一体となって回転する。ロックアップ時、トルクコンバータ７の入力側（のドライブプレート）に入力された機関のトルクは、トルクコンバータカバー７４からロックアップクラッチ７３を経由してトルクコンバータ７の出力側、自動変速機８の入力軸に直接伝達される。ロックアップ時、トルクコンバータ７の出力側回転数の入力側回転数に対する比である速度比は１となる。

翻って、非ロックアップ時には、ロックアップクラッチ７３がトルクコンバータカバー７４から離反する。非ロックアップ時、トルクコンバータ７の入力側に入力された機関のトルクは、トルクコンバータカバー７４からポンプインペラ７１、タービン７２へと伝わり、自動変速機８の入力軸に伝達される。非ロックアップ時、トルクコンバータ７の速度比は１よりも小さくなる。

自動変速機８は、例えば、遊星歯車機構等を用いた有段変速機である。有段自動変速機８もまた、この分野では既知のものであり、有段変速機８自身に前後進切換機能、即ち変速機８の出力軸の回転方向（正回転または逆回転）ひいては車軸１０３の回転方向を切り替える機能が付帯している。自動変速機８として、ベルト式ＣＶＴの如き無段変速機を採用することも考えられる。この場合、トルクコンバータ７とベルト式ＣＶＴとの間に、前後進切換装置を介設する。

本実施形態の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるエンジン回転信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３３の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３４）内の吸気温及び吸気圧（または、過給圧）を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、シフトレバーのレンジを知得するためのセンサ（または、シフトポジションスイッチ）から出力されるシフトレンジ信号ｇ等が入力される。

出力インタフェースからは、点火プラグのイグナイタ１１に対して点火信号ｉ、ＥＧＲバルブ２２に対して開度操作信号ｊ、スロットルバルブ３３に対して開度操作信号ｋ、ウェイストゲートバルブ４４に対して開度操作信号ｌ、インジェクタ１０に対して燃料噴射信号ｍ、ロックアップ機構のロックアップソレノイドバルブに対して開度制御信号ｏ、自動変速機８に対して変速比制御信号ｐ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、ＥＧＲ量（または、ＥＧＲ率）、エアコンディショナのコンプレッサのＯＮ／ＯＦＦ、トルクコンバータ７のロックアップを行うか否か、自動変速機８の変速比といった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。しかして、ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｏ、ｐを出力インタフェースを介して印加する。

本実施形態のＥＣＵ０は、シフトポジションが前進レンジまたは後進レンジであり、アクセルペダルの踏込量が０または０に近い閾値以下であり、内燃機関がアイドリングまたはこれに近い状態で稼働して、機関の出力トルクがトルクコンバータ７及び自動変速機８を介して車軸１０３に伝達されるクリープ中において、トルクコンバータ７のロックアップクラッチ７３を滑り摩擦状態とする制御を実行する。

トルクコンバータ７のトルク容量係数をＣ、トルクコンバータ７の入力側回転数即ちエンジン回転数をＮｅ、トルクコンバータ７の出力側トルクの入力側トルクに対する比であるトルク比をｔとおくと、トルクコンバータ７の出力側に伝達されるトルクＴは、
Ｔ＝Ｃ・Ｎｅ²・ｔ
と表すことができる。クリープ中は、自動変速機８の変速比を最もローギヤ寄り（減速比が最大）に制御している。自動変速機８を介して車軸１０３に伝わるクリープ力を低減し、車両のクリープ走行速度を低下させるためには、上式における容量Ｃ、エンジン回転数Ｎｅまたはトルク比ｔの何れかを小さくする必要がある。トルク比ｔを小さくすることは、速度比を上げることと同義である。

そこで、本実施形態のＥＣＵ０は、クリープ中に敢えてロックアップクラッチ７３を締結する一方、ロックアップソレノイドバルブの開度を調整することでロックアップクラッチ７３をトルクコンバータカバー７４に押し付ける油圧の大きさを調節し、ロックアップクラッチ７３をトルクコンバータカバー７４に対して滑らせる滑り摩擦状態とする。これにより、トルクコンバータ７の速度比が１に近づくように増大し、トルク比が減少し、伝達トルクＴが小さくなって、車軸１０３に伝わるクリープ力が低減する。

ロックアップクラッチ７３の締結の強さ、即ちロックアップクラッチ７３をトルクコンバータカバー７４に押し付ける油圧の強さは、クリープ走行時の車速が所望の値（または、所望の範囲）をとるように制御することが好ましい。油圧の強さは、ロックアップソレノイドバルブの開度を操作することで制御することが可能である。

ＥＣＵ０は、例えば、クリープ走行中の車速を計測し、この実車速と所望の目標車速との偏差を縮小する方向にロックアップソレノイドバルブの開度を操作するフィードバック制御を実施する。実車速が目標車速を上回っているときには、ロックアップクラッチ７３の締結を強めてトルクコンバータ７の速度比を上げ、トルク比を下げる。逆に、実車速が目標車速を下回っているときには、ロックアップクラッチ７３の締結を緩めてトルクコンバータ７の速度比を下げ、トルク比を上げるのである。

本実施形態では、機関が出力する駆動力をトルクコンバータ７を介して変速機８に入力し車軸１０３に伝達するようにしたものにおいて、アクセルペダルが踏み込まれていないクリープ中にトルクコンバータ７のロックアップクラッチ７３を滑り摩擦状態とする制御を実行することを特徴とする制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、クリープ現象による車両のクリープ走行の速度を適切に抑制することができる。また、停車中においても、クリープ力が適度に抑えられることから、ブレーキ踏力がより小さくて済むようになり、使い勝手が向上する。

上述の（ii）や（iii）の手法と比較して、実用燃費が悪化しない面で有利である。加えて、内燃機関やトルクコンバータ７、変速機８等のハードウェアに改変を加える必要がなく、低コストにて実現可能である。

クリープ走行からアクセルペダルが踏み込まれて再加速する際には、ロックアップクラッチ７３の締結を緩め、解除する方向に操作を行うので、大きなトルクショックが発生することはない。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両に搭載される駆動系のトルクコンバータの制御に利用できる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
７…トルクコンバータ
７３…ロックアップクラッチ
８…自動変速機
１０３…車軸

Claims (1)

1. 機関が出力する駆動力をトルクコンバータを介して変速機に入力し車軸に伝達するようにしたものにおいて、
   アクセルペダルが踏み込まれていないクリープ中にトルクコンバータのロックアップクラッチを滑り摩擦状態としつつ、実車速が目標車速を上回っているときにはロックアップクラッチの締結を強め、実車速が目標車速を下回っているときにはロックアップクラッチの締結を緩める制御を実行することを特徴とする制御装置。

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