JP2009508041A - エンジントルクおよび速度を制御するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

車両におけるスロットル制御装置（１６、１７）のスロットル制御特性を修正するための方法および装置であって、前記車両は、段歯車機械式トランスミッション（１０）を介してエンジン車両ホイールに連結されたエンジン（２）を有し、前記エンジンの所定のエンジン速度で要求されるエンジントルクが前記スロットル制御装置の位置に応じて制御される方法および装置である。車両の高速ギアへのギアシフトを検知すると、ｙ軸をエンジントルクとし、ｘ軸をエンジン速度とする図に曲線をプロットしたとき、第１の組の比較的平坦な曲線（Ａ１〜Ａ５）に沿ってエンジントルクおよびエンジン速度が前記スロットル制御装置を介して制御されるように制御装置が前記特性を修正する。車両の低速ギアへのギアシフトを検知すると、前記第１の組の曲線よりも急勾配である第２の組の曲線（Ｇ）に沿ってエンジントルクおよびエンジン速度が前記スロットル制御装置を介して制御されるように前記特性を修正して、低車両速度で運転し、エンジン速度が一定に変化する間は、第１の組の曲線にしたがって制御が行われるときよりもトルクの大きな変化がもたらされるようになる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関と、手動調節可能なスロットル制御装置と、該スロットル制御装置が電気的接続される、エンジントルクおよびエンジン速度を制御するための電子エンジン制御装置とからなり、第１および第２のスロットル制御特性が該エンジン制御装置内に保存される、自動車用駆動装置および方法に関する。エンジントルクおよびエンジン速度は、該スロットル制御装置と、該スロットル制御特性の一方を介して制御される。

最近の自動車において、アクセルペダル位置またはその動きをエンジンスロットルおよび燃料エンジンシステムに連結するメカニカルワイヤーリンケージシステムを、エンジントルクおよび速度を制御するための電子トランスミッションに切り替えることがますます普及してきている。アクセルペダルに連結されたセンサは、スロットル制御位置を表す信号を、一般にマイクロプロセッサの形態である電子制御装置に提供し、該電子制御装置は検知したスロットル制御位置に応じてエンジン機能を制御する。これを達成するために、さまざまなスロットル制御位置での毎分回転数に応じてエンジントルクをマッピングしたスロットル制御特性が該制御装置内に保存される。

マイクロコンピュータ技術が進歩し続け、制御コンピュータおよびサーボモータ等の多くの制御要素によって、円滑なギアシフトが常に正しい回転速度で得られるように、エンジン速度や、エンジン、ギアボックス、該ギアボックスの連結部材間の自動クラッチの接続および切断を互いに精密に制御することが可能になったので、オートマチックメカニカルトランスミッション（ＡＭＴ）形式のオートマチックトランスミッションは、大型車両において次第に普及してきている。一組の遊星ギアに基づき、入力側に流体トルクコンバータを備えた従来のオートマチックトランスミッションに比べて、この形式のオートマチックトランスミッションの利点は、第一に、特に大型車両での使用に関して、より単純かつ頑強であって、かなり低コストで製造できることであり、第二に、高効率であり、低燃費が見込まれることである。

特許文献１は、さまざまなスロットル制御位置でのエンジン速度に応じてエンジントルクをプロットしたコンピュータマトリクスが、車両が加速しているか否かによって２つの異なるマトリクス間で変化する構成を示している。これは、第１および第２のコンピュータマトリクス（すなわちスロットル制御特性）をエンジン制御装置内に保存することによって達成される。第２のマトリクス図におけるスロットル制御位置の曲線は、第１のマトリクス図における曲線よりも急勾配の傾斜を有している。該エンジン制御装置は、所定の最小加速度を超える加速度をもたらすスロットル制御では、第１のマトリクス図における曲線に沿ってエンジントルクおよびエンジン速度を制御し、信号が上記最小加速度を下回る降下を示すと、第２のマトリクス図における曲線に沿ってエンジントルクおよびエンジン速度を制御し、エンジン速度が一定に変化する間は、第１のマトリクス図における曲線に沿って制御するときよりもトルクの大きな変化がもたらされるような設定で配置される。

特許文献１の第１のマトリクスは、該エンジン制御装置が各スロットル制御位置でも、すなわち加速中のギアシフトの際にできるだけわずかなジャーキングで加速を行うように設計されている。これは、比較的平坦なスロットル制御曲線によって達成される。該制御装置は同時に、一定のスロットル制御位置で目標の車両速度に達した後、この速度をごくわずかなずれで維持する。これは、スロットル制御位置曲線ができるだけ急勾配である第２のマトリクスによって達成される。急勾配の曲線は、毎分回転数および速度のわずかな降下に対してトルクの大きな増加がもたらされる。

実際の経験上、特許文献１の構成にしたがった２つの異なるマトリクス間の変化に依存する加速では不十分であった。ほぼ一定の低車両速度で運転し、平坦なスロットル制御曲線を有するマトリクスによってスロットルが制御されていると、運転者は低速ギアで一定速度を保つのに困難が生じる。これは、小さなトルク変化が比較的大きな車両速度変化をもたらすことによるものである。

本発明の目的は、特にほぼ一定の低車両速度での操作性を向上することである。

国際公開第０３／０４８５４７号パンフレット（ＷＯ０３０４８５４７）

本発明にしたがった方法および装置は、車両におけるスロットル制御装置のスロットル制御特性を修正するためのものであり、該車両は、段歯車機械式トランスミッションを介してエンジン車両ホイールに連結されたエンジンを有し、該エンジンの所定のエンジン速度で要求されるエンジントルクが該スロットル制御装置の位置に応じて制御される。本発明は、制御装置が車両の高速ギアへのギアシフトを検知すると、ｙ軸をエンジントルクとし、ｘ軸をエンジン速度とする図に曲線をプロットしたとき、該制御装置は、第１の組の比較的平坦な曲線に沿ってエンジントルクおよびエンジン速度が該スロットル制御装置を介して制御されるように該特性を修正し、車両の低速ギアへのギアシフトを検知すると、該第１の組の曲線よりも急勾配である第２の組の曲線に沿ってエンジントルクおよびエンジン速度が該スロットル制御装置を介して制御されるように該特性を修正し、低車両速度で運転し、エンジン速度が一定に変化する間は、第１の組の曲線にしたがって制御が行われるときよりもトルクの大きな変化がもたらされるように配置されることを特徴とする。

本発明にしたがった方法および装置の利点は、制御が車両の低速ギアでの急勾配の曲線にしたがって行われるようなスロットル制御特性の変更が、該平坦な曲線に比べてよりわずかな速度変化で対応するトルク変化をもたらすことであり、車両全体の操作性が高まる。

本発明のさらに有利な実施形態は、特許請求項１および４に続く従属特許請求項から明らかになる。

本発明は、例証目的で本発明のさらなる好適な実施形態および技術的背景をも示す添付図面を参照して、以下に詳細に説明する。

図１に示す駆動装置１は、図示の実施形態において、例えばディーゼルエンジンである６気筒エンジン２を有し、そのクランク軸３は、クラッチハウジング６に囲まれ、概して４で表される自動駆動式ディスククラッチに連結される。クランク軸３がクラッチ４のクラッチハウジング６に非回転式に結合される一方、そのディスク７は、概して符号１０で示す自動シフトギアボックスのハウジング９に回転可能に取り付けられる入力軸８に非回転式に結合され、該自動シフトギアボックス１０は、例において、スプリッタグループ１１と、メイングループ１２と、レンジグループ１３とを有する。ギアボックス１０は、例えばプロペラ軸（図示せず）を介して車両駆動輪（図示せず）に駆動可能に連結させる出力軸１４を有する。エンジン２は、マイクロプロセッサであり得る電子エンジン制御装置１５によって、例えばアクセルペダルであるスロットル制御装置１６に連結された位置センサ１７からの信号に応じて制御される。トランスミッション１０は、マイクロプロセッサであり得るトランスミッション制御装置１８によって、第一に手動ギアセレクタ１９の位置、第二に制御装置１８に供給されるアクセルペダル位置およびエンジン毎分回転数を含む制御パラメータに応じて制御される。トランスミッション制御装置１８は、同様にエンジン制御装置１５と連絡している。ギアセレクタ１９は、ニュートラル位置Ｎと、２つの自動駆動位置Ｄ（前進）およびＲ（後退）と、場合により他の位置とを有しており、運転者が手動でシフトすることができる。位置ＲおよびＤでは、始動および運転の際、トランスミッション制御装置１８が自動でシフトする。

自動モードでは、ギア選択およびシフト判断は、例えば、車両速度、エンジン速度、車両速度の変化率、エンジン速度の変化率、スロットル制御位置、スロットル制御位置の変化率、車両ブレーキ装置の起動、現在の係合ギア比等の従来技術から公知の測定および／または計算されたパラメータに基づいて、制御装置１８によって行われる。

図２に示す図は、ギアが選択されている間、さまざまなスロットル制御位置でのエンジン速度に応じてトルクを制御するための２つの異なるスロットル制御特性がそれに沿ってそれぞれ制御される、２つの異なる組の曲線を示す。この図は、ｙ軸をエンジントルクとし、ｘ軸をエンジン速度として表している。さらに、この図は、スロットル全開の２０％〜１００％までを表すスロットル制御位置曲線を示している。第１の組の曲線はＡ１〜Ａ５（２０％〜１００％）で表される高車両速度曲線であり、第２の組の曲線はＧ（さらに曲線Ｂの全体的に外側はＥおよび部分的に外側はＦ）で表される低車両速度曲線である。曲線Ｂは、エンジンの負荷制限のみを表している。明確にするために、それぞれ０％〜１００％の間のスロットル開放の高車両速度および低車両速度曲線の総数のほんのわずかしか図にプロットされていないことを理解されたい。

スロットル全開の４０％を表す曲線Ａ２の点Ｃでは、エンジン速度は毎分１６００回転であり、トルクは８２０Ｎｍである。現在の係合ギア速度に対するギア比が１．２５：１であるので、ギアボックスの出力軸でのトルクは１０２５Ｎｍとなる。一定のスロットル開放、すなわち４０％のままで比率１：１のギア速度までシフトすると、ギアボックスの出力軸のトルクが１０２５Ｎｍ（点Ｄ参照）、すなわちシフト前と同じトルクまで上昇するのと同時に、エンジン速度は毎分１２８０回転まで降下する。これは、一定のスロットル制御位置では、ギアボックスからの出力トルクは、車両の隣接する高速ギア間のシフト前後で少なくともほぼ一定であることを意味する。出力トルクがシフト前後で同じであるおかげで、エンジンとギアボックス９の間のクラッチ４が解除される際の、トルク伝達の避けがたい中断が目立たなくなる、すなわちジャーキングが最小になり、加速が一定に行われる。

前述のように、図２はさらに低車両速度で運転時の曲線Ｇを表している。図２では、４０％スロットル開放のＧ曲線のみがＢ曲線内に表されている。

本発明の好適な実施形態によれば、エンジン制御装置１５は、トランスミッション制御装置１８が車両の高速ギアから車両の低速ギアへギアチェンジすると、第１のスロットル制御特性（Ａ曲線）に対応する高車両速度曲線に沿った制御から、第２のスロットル制御特性（Ｇ曲線）に対応する低車両速度曲線に沿った制御にスロットル特性を修正するようにプログラムされる。トランスミッション制御装置が車両の低速ギアから車両の高速ギアへギアチェンジすると、スロットル制御特性の逆の修正が起こる。

スロットル制御位置およびエンジン毎分回転数に応じてスロットル開放を制御する実際の機能は、いくつかの方法で実現することができる。この機能は、代数アルゴリズム（地図、マトリクス等）、動的アルゴリズム（伝達関数、微分方程式等）、もしくは前述の例または他の既知の方法の組み合わせによって行うことができる。１つ以上の前述の方法による制御の結果は、図２のような図にプロットすると、上記の例示された低車両速度曲線および高車両速度曲線と同様になるはずであり、低速ギアから高速ギア、またはその反対に変更されると、本発明にしたがって上記スロットル制御特性とこのような曲線の間の変化が起こる。

本発明のさらに好適な実施形態では、上記車両の低速ギアは車両のアイドル駆動ギアと同じものとして規定される。アイドル駆動ギアは、運転者がアイドル運転することのできる高ギア比の低速ギア（ギアの総数の１つ以上）であり、アクセルペダルが全く押下されず、エンジン速度がシフトダウンするエンジン速度下限に達しても、トランスミッション制御装置がギアを保持することになる。アイドル駆動ギアが係合して、エンジン速度下限に達すると、シフトダウンは起こらない。アイドル駆動ギアは、運転者が一定の比較的低車両速度で運転することを見込んだギアである。アイドル運転中は、エンジン毎分回転数が上記エンジン速度下限をさらに下回って減少することのないように、エンジン制御装置がエンジンに燃料を供給するため、エンジンの停止が回避される。

次に、上記スロットル制御特性の変更または修正が行われる本発明の実施形態の例を示す。これは、図２および図３を参照して説明する。車両はアイドル駆動ギアが係合した低車両速度で運転しており、運転者が４０％のスロットル開放を行っているため、トルクおよびエンジン速度は曲線Ｇに沿って制御されるものとする。点Ｃでは、例えばエンジン毎分回転数がギアシフト毎分回転数の上限まで増加するので、アイドル駆動ギアではないギアが選択され、ギアシフトが開始される。ギアシフトの開始によって、図３にしたがったスロットル制御特性を変更するためのシーケンスも始まる。図３のシーケンスが実行されると、以下のステップが行われる。シーケンスは３１から始まり、次のステップ３２では、トランスミッション制御装置はアイドル駆動ギアが係合しているか否かを確認する。係合している場合、ステップ３４に示されるように、エンジン制御装置１５は曲線Ｇに沿ってスロットル制御を継続する。係合していない場合、ステップ３３に示されるように、エンジン制御装置は、スロットル制御が曲線Ａ２に沿って行われるようにスロットル制御特性を変更する。図３のシーケンスは３５で終了し、新しいギアが係合して、スロットル制御が継続する。ギアシフトの間、クラッチ４とエンジントルクの離脱と係合はトランスミッション制御装置１８によって制御される。

好適な実施形態では、トランスミッション制御装置１８は、エンジン制御装置１５が急勾配（Ｇ）または平坦（Ａ１〜Ａ５）な曲線の１つにしたがったスロットル制御特性によってスロットル開放を制御するように切り替える。曲線Ｇは、より小さな速度変化で対応するトルク変化をもたらすように好ましくはできるだけ急勾配にする。しかしながら、曲線Ｇは無限に急勾配にすることはできない。原則的に、曲線Ｇはｙ＝ｋ×ｘ＋ｍ（ｙ＝トルク、ｋ＝傾斜、ｘ＝毎分回転数）で表されると考えることができる。運転者が一定のスロットル開放を維持するのと同時に、駆動抵抗が増加すると、所定の速度降下に対してかなり大きな追加トルクが生じるが、これは図２の図（曲線Ｇ）によって明らかとなる。駆動抵抗が毎分１６００回転から毎分１５００回転までのエンジン速度の降下をもたらすと、急勾配曲線Ｇにしたがった制御によってトルクが８２０Ｎｍから約１２５０Ｎｍまで増大する。曲線Ａ２に沿って制御するのと同じトルクをエンジンが提供するには、毎分回転数は毎分１１００回転未満まで降下する必要がある。

図３に示すシーケンスは、ギアシフトを行う度に実行できる。

別の実施形態では、前述の発明の実施形態にしたがった機能を実行するために、制御装置１５および１８は、１つの制御装置のみ、または反対に３つ以上の制御装置と置き換えることができる。

本発明のさらなる実施形態では、トランスミッション１０は、手動または半自動の段歯車機械式トランスミッションにすることができる。

本発明は前述の実施形態に限定されるものと見なされるべきではなく、むしろ特許請求項の範囲内で多くのさらなる変形例および変更態様が考えられる。

接続されたクラッチおよびギアボックスを備えた内燃機関の概略図を示す。 それに沿って本発明にしたがった対応するスロットル制御特性が制御される第１および第２の組の曲線を示す図である。 本発明にしたがった該スロットル制御特性間のシフトを行うシーケンスのフローチャートを示す。

Claims (6)

1. 車両におけるスロットル制御装置（１６、１７）のスロットル制御特性を修正するための方法であって、前記車両は、段歯車機械式トランスミッション（１０）を介してエンジン車両ホイールに連結されたエンジン（２）を有し、前記エンジンの所定のエンジン速度で要求されるエンジントルクが前記スロットル制御装置の位置に応じて制御される方法において、車両の高速ギアへのギアシフトを検知すると、ｙ軸をエンジントルクとし、ｘ軸をエンジン速度とする図にプロットしたとき、第１の組の比較的平坦な曲線（Ａ１〜Ａ５）に沿ってエンジントルクおよびエンジン速度が前記スロットル制御装置を介して制御されるように前記特性を修正する段階と、車両の低速ギアへのギアシフトを検知すると、前記第１の組の曲線よりも急勾配である第２の組の曲線（Ｇ）に沿ってエンジントルクおよびエンジン速度が前記スロットル制御装置を介して制御されるように前記特性を修正して、低車両速度で運転し、エンジン速度が一定に変化する間は、第１の組の曲線にしたがって制御が行われるときよりもトルクの大きな変化がもたらされるようになる段階を特徴とする、前記方法。
2. 前記車両の低速ギアがアイドル駆動ギアであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記アイドル駆動ギアが２つ以上の所定のアイドル駆動ギアの１つであり、前記アイドル駆動ギアの１つが係合するとすぐに、エンジントルクおよびエンジン速度の制御が前記第２のスロットル制御特性によって行われることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 自動車用駆動装置であって、内燃機関（２）と、手動調節可能なスロットル制御装置（１６）と、該スロットル制御装置が電気的接続される、エンジントルクおよびエンジン速度を制御するための電子エンジン制御装置（１５）とからなり、前記エンジンの所定のエンジン速度で要求されるエンジントルクが前記スロットル制御装置の位置に応じて制御され、ｙ軸をエンジントルクとし、ｘ軸をエンジン速度とする図に曲線をプロットしたとき、第１の組の比較的平坦な曲線（Ａ１〜Ａ５）にしたがってエンジントルクおよびエンジン速度が前記スロットル制御装置を介して制御される第１のスロットル制御特性が前記エンジン制御装置内に保存され、前記第１の組の曲線よりも急勾配である第２の組の曲線（Ｇ）にしたがってエンジントルクおよびエンジン速度が前記スロットル制御装置を介して制御されて、低車両速度で運転し、エンジン速度が一定に変化する間は、第１の組の曲線にしたがって制御が行われるときよりもトルクの大きな変化がもたらされるようになる第２のスロットル制御特性が前記エンジン制御装置内に保存される駆動装置において、該エンジン制御装置（１５）が、車両の高速ギアに係合して運転する際は、前記第１のスロットル制御特性によってエンジントルクおよびエンジン速度を制御し、車両の低速ギアが係合していることを表す信号を受けると、前記第２のスロットル制御特性によってエンジントルクおよびエンジン速度を制御するように配置されることを特徴とする、前記駆動装置。
5. 前記車両の低速ギアがアイドル駆動ギアであることを特徴とする、請求項４に記載の自動車用駆動装置。
6. 前記アイドル駆動ギアが２つ以上の所定のアイドル駆動ギアの１つであり、前記アイドル駆動ギアの１つが係合するとすぐに、エンジントルクおよびエンジン速度の制御が前記第２のスロットル制御特性によって行われることを特徴とする、請求項５に記載の自動車用駆動装置。

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