JP2005280558A - 車両の発進制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ドライバビリティーが向上する車両の発進制御装置を提供する。
を提供する。
【解決手段】 アクセル開度検出手段９により検出されたアクセル開度に応じて目標トルクを設定する目標トルク設定手段５０によって設定された目標トルクを、車両の重量を推定する車重推定手段５１で推定された車重情報に応じて補正して補正目標トルクを設定する目標トルク補正手段５２と、目標トルク補正手段５２によって設定された補正目標トルクに応じて、エンジン４から変速機２への伝達トルクを断接させるクラッチ１のストローク量を設定する伝達トルク設定手段５３とを有し、伝達トルク設定手段５３により設定されたクラッチストローク量となるようにクラッチ１の接続のストローク量を制御するクラッチストローク制御手段８でクラッチ１のストローク量を制御してクラッチ１の接続動作を行う。
【選択図】 図２

Description

本発明は、自動的にクラッチの断接を行って車両の発進を行う車両の発進制御装置に関する。

バスやトラック等の大型車では、価格が安く、燃費のよい手動変速機と同様の構造の機械式変速機に、クラッチを自動的に断接可能な自動クラッチ装置や自動的に変速段を選択する自動変速装置等を組み合わせて用いている。これは、機械式自動変速機（以下、ＡＭＴと略す。）と呼ばれ、上記構成により、変速のタイミングに合わせて、自動的にクラッチを断接制御することで自動的に変速を行うことができるものである。
このＡＭＴでは、変速時のみならず、発進時及び停止時にも自動的にクラッチの断接を行うように制御されており、例えば、発進時には、アクセルペダルを踏込み、アクセルオン状態となれば、自動的にクラッチを接続するように制御しており、停止時には、アクセルペダルの踏込みが無くなり、アクセルオフ状態となり、またはエンジン回転数が所定回転数より小さくなれば、自動的にクラッチを切断するように制御して、発進時及び停止時の制御を行っている。発進時は、アクセル開度（アクセルペダルの踏込量）に応じて、燃料噴射量がエンジンに噴射されてエンジンの回転数が上昇し、エンジンの回転数の上昇に応じて、自動的にクラッチが接続される。
特許文献１には、自動変速機のクラッチ制御に関し、エンジン回転数やアクセル開度から推定したエンジントルクによりクラッチトルク基準値を求め、クラッチ係合の経過時間が所定時間経過したら、クラッチトルク基準値に所定のクラッチトルク値を加算したものをクラッチトルク基準値とするように発進時のクラッチトルクを設定する構成が記載されている。

特許３２３７４１９号公報

特許文献１においては、発進時のクラッチトルクを補正しているが、補正のパラメータとして車両の重量が考慮されていない。トラックなどの積載物によってその車重が大きく変化する車両の発進時においては、最大積載時においてエンストすることが無いように、最大積載時に十分なトルクが変速機に伝達されるようにクラッチトルクが要求されるが、積載量が少なく車重が軽い場合には、エンジンの出力あるいはクラッチの伝達トルクを制御しなければ、車重に対して過度なトルクが車輪に伝達されることになり、積載状態によってドライバの意図する出足と異なり、ドライバビリティーを損ねてしまい兼ねない。
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、ドライバビリティーが向上する車両の発進制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、車両のエンジンから変速機への伝達トルクを断接させるクラッチと、クラッチの接続のストローク量を制御するクラッチストローク制御手段と、アクセルペダルの踏込量に応じたアクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、エンジンヘ燃料を噴射供給する燃料供給手段と、燃料供給手段を制御してエンジンの出力トルクを制御するエンジン出力制御手段と、アクセル開度検出手段により検出されたアクセル開度に応じて、目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、車両の重量を推定する車重推定手段と、目標トルク設定手段により設定された目標トルクを車重推定手段によって推定された車重情報に応じて補正して補正目標トルクを設定する目標トルク補正手段と、目標トルク補正手段によって設定された補正目標トルクに応じてクラッチのストローク量を設定する伝達トルク設定手段と、目標トルク補正手段により設定された補正目標トルクに応じてエンジンの出力トルクを設定するエンジントルク設定手段とを有し、エンジン出力制御手段ではエンジントルク設定手段により設定された記エンジンの出力トルクとなる燃料噴射量を制御すると共に、クラッチストローク制御手段では伝達トルク設定手段により設定されたクラッチストローク量となるようにクラッチのストローク量を制御してクラッチの接続動作を行うことを特徴としている。

車重推定手段は、車両の速度を検出する速度検出手段と車両の加速度を検出する加速度検出手段とを有する場合、車速検出手段からの車速情報と加速度検出手段からの加速情報と燃料噴射量とから車重を推定してもよい。あるいは車両の高さを検出する車高検出手段を有する場合、車重推定手段で車高検出手段からの検出情報に基づき車重を推定してもよい。目標トルク補正手段は、推定車重が所定値よりも小さい場合に、補正係数が小さくなるように設定されていることを特徴としている。

本発明によれば、アクセル開度に応じて発進時の目標トルクを定め、その目標トルクを推定された車両車重に応じて適宜補正し、その補正した補正目標トルクを制御の指標として、クラッチストロークを制御するので、伝達されるトルクが車重に応じて変化するので、発進時の加速感（出足）が車両重量に対応したものとなってドライバの違和感が低減され、ドライバビリティーが向上する。

本発明に係る車両の発進制御装置の実施形態について図面を用いて説明する。図１に示す車両の発進制御装置は、車両の自動変速機において用いられる。自動変速機は、主に、マニュアル車と同様の乾式の単板摩擦クラッチを有するトルク断接用クラッチ機構（以降、「クラッチ」と記す）１、マニュアル車と同様の同期噛み合い式変速機（以降、単に「変速機」と記す）２、図示しない流体圧式のギヤアクチュエータを用いてギヤシフト操作を行うギヤシフトユニット（以降、「ＧＳＵ」と記す。）３等から構成されている。この自動変速機は、所謂、機械式自動変速機（ＡＭＴ）と言われるもので、例えば、トラックやバス等の大型車両に好適なものとして搭載されるものである。

クラッチ１を介して変速機２と連結するエンジン４には、燃料の噴射量を制御して、エンジン４に燃料を供給する燃料供給手段としてのインジェクションポンプ５を有する。このインジェクションポンプ５は、エンジン出力制御手段としてのエンジン用ＥＣＵ６からの制御信号Ｌ２により制御されている。エンジン用ＥＣＵ６は、エンジン４の回転数を検出するエンジン回転数検出手段としてのエンジン回転数センサ７からのエンジン回転数信号Ｌ４等を監視して、例えば、エンジン４の出力トルク等が所望の運転状態に保たれるようにインジェクションポンプ５を制御している。

エンジン４から変速機２への伝達トルクを断接するクラッチ１は、クラッチストローク制御手段としての流体圧式のクラッチアクチュエータ８により、クラッチ板のストローク量が制御されて、自動的に断接制御が行われるように構成されている。具体的には、クラッチアクチュエータ８のストローク量信号Ｌ７が、ＡＭＴ用ＥＣＵ９ヘフィードバックされ、ストローク量に基づいたＡＭＴ用ＥＣＵ９からの制御信号により、クラッチコントロールユニットが制御され、クラッチアクチュエータ８への流体の供給又は排出を行うことで、クラッチアクチュエータ８のストローク量を目標ストロークヘ制御して、クラッチ１の接続または切断が行われている。

クラッチアクチュエータ８には、クラッチ板のストローク量を検出するクラッチストローク検出手段としてのクラッチストロークセンサ２３が設けられており、クラッチストロークセンサ２３のストローク量信号Ｌ７に基づき、目標ストロークに追従するように、ＡＭＴ用ＥＣＵ９によりＰＩＤフィードバック制御を行っている。上記構成により、クラッチ１の断接２つの状態だけではなく、手動式の変速機における半クラッチのような状態とすることが可能であり、エンジン４の出力を変速機２に円滑に伝達することができる。

変速機２自体の構成は、本発明に直接係るものではないため、関係する部分を簡単に説明する。変速機２は、後退段と複数の前進段の変速段を有する自動変速式の変速機である。変速機２の上部には、変速機内部の変速段を選択するためのＧＳＵ３が設けられている。ＧＳＵ３は、エアタンク１０等から供給される高圧エアにより、内部のギヤアクチュエータ等が駆動されて、自動的にシフト操作が行われている。ＧＳＵ３内には、変速段を検出するギヤ位置センサが設けられており、ギヤ位置センサからの変速機ギヤ位置信号Ｌ８をＡＭＴ用ＥＣＵ９が監視し、変速時には、ＡＭＴ用ＥＣＵ９からＧＳＵ３へ制御信号Ｌ８を出力して、変速を行っている。

エアタンク１０は、ブレーキ作動用の空気圧源として設けられており、エアマスタ１１,１２を介してホイールシリンダ１３,１４へ作動エアを供給し、その作動を行わせるように構成されている。これらは、図示しないブレーキバルブにより制御されるが、登坂路発進時には、登坂路発進補助ブレーキ用マグネットバルブ１５,１６の動作により自動的な制動が行なわれるように構成されている。

エアタンク１０からの作動エアは、ホイールシリンダ１３,１４等の制動系だけではなく、ＧＳＵ３のギヤアクチュエータ及びクラッチアクチュエータ８にも供給されるように構成されており、それぞれの動作により所要の運転状態が実現されるように構成されている。つまり、これらのアクチュエータでは、流体圧として空気圧が用いられており（空気圧式アクチュエータとも呼ぶ）、本形態では、その空気圧源（流体圧源）として、ブレーキ作動用の空気圧源であるエアタンク１０を共用し、エマージェンシ用エアタンク１７によりバックアップされている。なお、空気圧式アクチュエータに代えて、電気−油圧式アクチュエータや電動モータに直接駆動されるアクチュエータを用いてもよい。

アクセルペダル１８の近傍には、アクセルペダル１８の踏込量を踏込量信号Ｌ９として出力するアクセル開度センサ２４が設けられている。踏込量信号Ｌ９は、ＡＭＴ用ＥＣＵ９へ入力され、ＡＭＴ用ＥＣＵ９によって踏込量信号Ｌ９に応じたアクセル開度が検出される。ＡＭＴ用ＥＣＵ９には、エンジン回転数センサ７からエンジン回転数信号Ｌ４、クラッチ１に設けたクラッチ回転数センサ２０からのクラッチ回転数信号Ｌ６、ＧＳＵ３からの変速機ギヤ位置信号Ｌ８、変速機２に設けたの車速センサ２１からの車速信号Ｌ１０、及び車両の加速度を検出する加速度検出手段としてのＧセンサ２５からの加速情報Ｌ１２が各々入力されるように構成されている。車速センサ２１は、車両の速度を検出する車速検出手段であって、本形態では変速機２に設けて出力軸の回転から車速を検出しているが、車両の図示しない車輪を回転駆動する車軸の回転から車速を検出するようにしても良い。

本形態では、これらの入力信号に基づき、ＡＭＴ用ＥＣＵ９からエンジン用ＥＣＵ６ヘ燃料噴射量指示値信号Ｌ１を出力すると共に、クラッチ１へはクラッチ断接制御信号Ｌ７を、ＧＳＵ３へは変速機ギヤ位置信号Ｌ８を出力して、ＧＳＵ３及びクラッチアクチュエータ８の動作を制御して、クラッチ１の断接動作や変速段の選択動作を行う。また、制動系やその他の機器へも所要の信号が各々出力されており、例えば、選択された変速段の表示信号Ｌ１１は、変速段表示機１９に表示されるようになっている。

ドライバの運転指令は、アクセル開度及び図示しないシフトレバーの位置により制御系へ伝達されるように構成されており、エンジン始動後、シフトレバーをＤレンジ（Ｄｒｉｖｅ）に設定すると、ギヤが「１ｓｔ」又は「２ｎｄ」の何れかが選択され、アクセルペダル１８を踏み込むと、発進動作が始まるようになっている。

エンジン用ＥＣＵ６、ＡＭＴ用ＥＣＵ９は、各々演算処理装置（ＣＰＵ）と記憶装置と入出力信号の処理回路となるインタフェイス等を有する周知のコンピュータでそれぞれ構成されている。記憶装置としては、所謂、制御プログラムやマップデータ等を記憶するとともに演算作業領域となるＲＯＭやＲＡＭで構成されている。エンジン用ＥＣＵ６、ＡＭＴ用ＥＣＵ９では、各センサでの検出信号等の入力情報に基づき記憶領域にあるマップデータを用いて演算を行い、算出された演算結果に基づいて、エンジン４やクラッチ１を相互に連動して制御し、走行時だけではなく、発進時にも、アクセル開度に対応してクラッチ制御やシフト制御が、エンジン制御と連動して行われる。マップデータとしては、後述するアクセル開度に対する目標トルクのマップデータ、目標トルクとエンジン回転数に対する燃料噴射量のマップデータ、重量に対する補正値マップデータを有する。

本発明の発進制御装置は、発進時に単にクラッチ１の断接制御だけを行うのではなく、発進時においてアクセル開度に応じた目標トルクを設定し、この設定された目標トルクを車重情報に応じて補正し、補正された補正目標トルクに対してクラッチ伝達トルク、つまり、クラッチストロークを制御し、また、設定された補正目標トルクに対してエンジントルク、つまり、燃料噴射量を制御して、クラッチ接続時にクラッチに過大な負荷がかかることなく、スムーズな発進を可能にすることが特徴である。なお、登坂路での発進時には、坂道発進用の補助ブレーキが作動し、発進動作と連動して、適切なタイミングでブレーキの制動状態を解除するように、補助ブレーキが制御されている。

図２は、本発明に係る発進制御の一例を示すブロック図である。本形態における発進制御は、以下の開始条件を全て満たして開始する。
（１）現在選択されているギヤ段が所定のギヤ段であるか確認する。所定のギヤ段としては、例えば、発進ギヤ段となる１速ギヤ段、２速ギヤ段であるか確認を行う。
（２）クラッチ１が切断状態であるか確認する。
（３）アクセルペダル１８が踏込まれたか確認する。
（４）クラッチ回転数＜エンジン回転数であるか確認する。
つまり、上記開始条件は、車両が停止している状態から発進しようとしている状態であるのかを確認している。

本形態では、図２に示すように、アクセル開度に応じて目標トルクを設定する目標トルク設定手段となる目標トルク設定マップ５０と、車速信号Ｌ１０と加速信号Ｌ１２と燃料噴射量から車両の重量を推定する車重推定手段５１と、目標トルク設定マップ５０により設定された目標トルクを車重推定手段５１で推定された車重に応じて補正して、補正目標トルクを設定する目標トルク補正手段となる補正目標トルク設定マップ５２と、補正目標トルク設定マップ５２によって設定された補正目標トルクに応じて、クラッチ１の伝達トルクと相関するストローク量を設定する伝達トルク設定手段となる伝達トルク設定マップ５３と、補正目標トルクとエンジン回転数からエンジンの出力トルクとなる燃料噴射量を設定するエンジントルク設定手段としての出力トルク設定マップ５４とを上記記憶手段に予め設定されている。

車重推定手段５１は、車速信号Ｌ１０と加速信号Ｌ１２より道路勾配を下記（１）式で算出するとともに、駆動力と車速信号Ｌ１０、算出した道路勾配から車重を、下記（２）式で求めて推定している。
100×sin^−１（(「Ｇセンサーの加速度」−「車速信号より求めた車両加速度」)／ｇ）
・・・（１）
重量Ｗ＝ｇ（Ｆ−ＲＩ）−Ｗｒ・αｖ２／αｖ＋ｇ・sinθ＋g・μ ・・・（２）
Ｆ：エンジンの燃料噴射量から求めた駆動力
Ｗｒ：回転部分慣性重量
ＲＩ：空気抵抗
ｇ：重量加速度
μ：転がり抵抗係数
ＰＰ：車速Km／h （１）式での車両加速度算出用に用いた車速信号からの車速
ａｖ：車速から求めた車両加速度
（２）式は、周知の車両の運動方程式を重量Ｗについて整理したものである。
補正目標トルク設定マップ５２は、推定車重が所定値Ｔよりも小さい場合に、補正係数が小さくなるように設定されている。本形態では、推定車重が所定値Ｔよりも大きい場合には補正係数を１とし、実質的な補正、すなわちクラッチ１の伝達トルクの低減は行わず、推定車重が所定値Ｔよりも小さい場合には補正係数を徐々に下げ、最終的には、０．８として、実質的にクラッチ１の伝達トルクを低減するようになっている。この補正係数の下限値としては、車両の最大積載時と非積載時の差に応じて適宜マッチングを図って定めればよく、０．８に限定されるものではない。

伝達トルク設定マップ５３は、補正目標トルクに対応するクラッチストローク量が予めマッピングされたものであり、このクラッチストローク量は、伝達トルクと相関関係にある。すなわち、スクローク量が大きい場合には伝達トルクは小さく、ストローク量が小さいほどに伝達トルクは大きくなるようになっている。

このような構成の発進制御装置によると、発進制御の制御開始条件を全て満たすと、発進時のアクセルペダル１８の踏込量Ｌ９に基づきアクセル開度を算出し、算出されたアクセル開度から、予め目標トルク設定マップ５０に設定されている目標トルクとアクセル開度のマッブデータを用いて、目標トルクを設定する。

このマップデータは、ドライバの意思に応じた加速感を得るため、例えば、発進時に運転者がアクセルペダルを踏込んだ場合、理想的な加速感を得られるようなデータがよい。本形態では、アクセル関度が小さい領域ではアクセル開度に対する目標トルクの上昇率を大きくとって、車両動き出しの反応を良くし、アクセル開度が中程度の領域ではアクセル開度に対する目標トルクの上昇率を緩やかにして、車庫入れ等の低速走行に使用しやすいようにし、アクセル開度が大きい領域ではアクセル開度に対する目標トルクの上昇率を大きくとって応答性を良くし、アクセル開度がかなり大きい領域ではエンジンの最大トルクを超えない値としている。

目標トルクが設定されると、出力トルク設定マップ５４に設定されている目標トルクとエンジン回転数のマッブデータを用いて燃料噴射量を設定し、エンジン４に対して燃料噴射量指示を行う。推定には、Ｌ２の燃料噴射量を使用する。

補正目標トルク設定マップ５２では推定された車重から車重に対する補正係数を設定し、その補正係数を目標トルクと乗算し、補正目標トルクを算出して設定する。伝達トルク設定マップ５３では、この補正目標トルクに対応するクラッチストローク量を設定する。クラッチストローク量が設定されると、図１のクラッチアクチュエータ８によってクラッチ１のストローク量が制御され、最終的にクラッチ１が完全に接続されて、車両の発進が行われる。

このように、アクセル開度に応じて発進時の目標トルクを定め、その目標トルクを推定された車両車重に応じて適宜補正し、その補正した補正目標トルクに応じてクラッチストロークを制御するので、伝達されるトルクが車重に応じて変化するので、発進時の加速感（出足）が車両重量に対応したものとなってドライバの違和感が低減され、ドライバビリティーが向上する。また、推定した車重が所定値Ｔよりも低い場合には、補正係数を１よりも低く値としているので、補正目標トルクが低めに設定されることとなる。このため、推定された車重が現実の車重よりも軽い場合であっても、伝達トルクが低くなるので、急な発進や車輪の空転等を防止することができ、より一層ドライバビリティーが向上する。

上記形態では、車両の重量を、加速情報、車速情報及び燃料噴射量とから推定しているが、例えば、車高の高さを検出する車高検出手段となる車高センサを備えた車両においては、この車高センサによって停止時のサスペンションの変位量を測定して車高の変化を検出し、所定値Ｔとなる所定高さを設定する。ここでいう所定高さとは、非積載時の車高の高さであり、この所定高さよりも車高が低い場合には車重が重いものと推定するようにしても良い。あるいは、所定の高さを非積載時と最大積載値との中間の高さとした場合には、所定高さを超えている場合には車重が重い判断して補正係数を１とし、所定高さよりも低い場合には車重が軽いと判断して補正係数を１よりも低く設定する。そして、この補正係数と目標トルクとで補正目標トルク設定し、この補正目標トルクに対応させてクラッチスローク量を制御することで、伝達されるトルクを車重に応じて変化させることができ、発進時の加速感（出足）が車両重量に対応したものとなってドライバの違和感が低減され、ドライバビリティーを向上することができる。

本発明に係る車両の発進制御装置の実施形態の一例を示す概略図である。 本発明に係る発進制御の一例を示すブロック図である。

符号の説明

１ クラッチ
２ 変速機
４ エンジン
８ クラッチストローク制御手段
９ アクセル開度検出手段
５ 燃料供給手段
６ エンジン出力制御手段
１８ アクセルペダル
２１ 速度検出手段
２５ 加速検出手段
５０ 目標トルク設定手段
５１ 車重推定手段
５２ 目標トルク補正手段
５３ 伝達トルク設定手段、
５４ エンジントルク設定手段

Claims (3)

1. 車両のエンジンから変速機への伝達トルクを断接させるクラッチと、
   前記クラッチの接続のストローク量を制御するクラッチストローク制御手段と、
   アクセルペダルの踏込量に応じたアクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、
   前記エンジンヘ燃料を噴射供給する燃料供給手段と、
   前記燃料供給手段を制御して、前記エンジンの出力トルクを制御するエンジン出力制御手段と、
   前記アクセル開度検出手段により検出されたアクセル開度に応じて、目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、
   前記車両の重量を推定する車重推定手段と、
   前記目標トルク設定手段により設定された目標トルクを前記車重推定手段によって推定された車重情報に応じて補正して、補正目標トルクを設定する目標トルク補正手段と、
   前記目標トルク補正手段によって設定された補正目標トルクに応じて、前記クラッチのストローク量を設定する伝達トルク設定手段と、
   前記目標トルク補正手段により設定された補正目標トルクに応じて、前記エンジンの出力トルクを設定するエンジントルク設定手段とを有し、
   前記エンジン出力制御手段は、前記エンジントルク設定手段により設定された前記エンジンの出力トルクとなる燃料噴射量を制御すると共に、
   前記クラッチストローク制御手段は、前記伝達トルク設定手段により設定されたクラッチストローク量となるように前記クラッチのストローク量を制御して、前記クラッチの接続動作を行うことを特徴とする車両の発進制御装置。
2. 請求項１記載の車両の発進制御装置において、
   前記車両の速度を検出する速度検出手段と、
   前記車両の加速度を検出する加速度検出手段とを有し、
   前記車重推定手段は、前記車速検出手段からの車速情報と前記加速度検出手段からの加速情報と前記燃料噴射量とから車重を推定することを特徴とする車両の発進制御装置。
3. 請求項１または２記載の車両の発進制御装置において、
   前記目標トルク補正手段は、前記推定車重が所定値よりも小さい場合に、補正係数が小さくなるように設定されていることを特徴とする車両の発進制御装置。
   

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