(57)【要約】    【課題】変速装置を備えたエンジンにおいて、変速ショックを低減しつつ、変速時間の短縮化を図り変速レスポンスを向上させる。    【解決手段】エンジン回転速度がダウンシフト後の目標回転速度（同期回転速度）となるようにエンジン出力トルクをフィードバック制御する構成において、前記フィードバック制御は、少なくとも比例制御と微分制御とを含む一方、同期回転速度と実エンジン回転速度との偏差が所定値以下となるまでは微分制御を停止しておき、所定値以下となったら微分制御を行うようにする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダウンシフト中にクラッチを開放してニュートラル状態とし、エンジン回転速度がダウンシフト後の目標回転速度となるようにエンジン出力トルクをフィードバック制御し、エンジン回転速度が同期した後にクラッチを締結して変速する変速装置を備えたエンジンの制御装置において、
前記フィードバック制御は、少なくとも比例制御と微分制御とを含む一方、
前記目標回転速度と前記エンジン回転速度との偏差が所定値以下となるまでは、前記微分制御を停止することを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２】
前記偏差が前記所定値を超えている場合は、前記比例制御によって前記エンジン出力トルクをフィードバック制御し、前記偏差が前記所定値以下となった後は、前記比例制御及び前記微分制御によって前記エンジン出力トルクをフィードバック制御することを特徴とする請求項１記載のエンジンの制御装置。
【請求項３】
前記偏差が前記所定値を超えている場合は、前記比例制御及び積分制御によって前記エンジン出力トルクをフィードバック制御し、前記偏差が前記所定値以下となった後は、前記比例制御、前記積分制御及び前記微分制御によって前記エンジン出力トルクをフィードバック制御することを特徴とする請求項１記載のエンジンの制御装置。
【請求項４】
前記所定値は、前記エンジン回転速度及び前記目標回転速度と前記エンジン回転速度との偏差に応じて設定されることを特徴とする請求項１〜３記載のエンジンの制御装置。
【請求項５】
前記偏差が前記所定値以下となった後において、さらに点火時期のリタード制御を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変速装置が連結されたエンジンの制御装置に関し、特にダウンシフト時の変速ショックを低減するエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
変速ショックを低減するエンジンの制御装置としては、例えば特許文献１に記載のものがある。この装置では、変速時のクラッチ開放中に、エンジン回転数（エンジン回転速度）をクラッチの出力回転数に同期するための同期回転数（同期回転速度）に速やかに収束させるようにスロットル開度を所定開度に固定し、その後、エンジン回転速度と同期回転速度との偏差が所定範囲内となった時点でスロットル開度を前記所定開度から前記同期回転速度に対応した開度に徐々に復帰させるようにし、エンジン回転数の変化方向が反転した時点で前記クラッチを締結させるようにしている。
【特許文献１】特開２００１−３２８４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記従来の装置では、変速時のクラッチ開放中にスロットル開度を固定するものであるため、全てのエンジン運転条件に適切な制御を行うことができず、エンジン回転速度が上昇し過ぎてしまうおそれがある。しかも、エンジン回転速度はスロットル開度指令値に対して応答遅れが生ずるため、上昇したエンジン回転速度を速やかに低下させることができず、その結果、同期回転速度への到達時間、すなわち、変速時間が長くなって変速レスポンスが悪化してしまうという問題がある。
【０００４】
本発明は、このような問題に着目してなされたもので、変速ショックを低減しつつ、変速時間の短縮化を図り変速レスポンスを向上できるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このため、本発明は、ダウンシフト中にクラッチを開放してニュートラル状態とし、エンジン回転速度がダウンシフト後の目標回転速度となるようにエンジン出力トルクをフィードバック制御し、エンジン回転速度が同期した後にクラッチを締結して変速する変速装置を備えたエンジンの制御装置において、前記フィードバック制御が少なくとも比例制御と微分制御とを含む一方、前記目標回転速度と前記エンジン回転速度との偏差が所定値以下となるまでは、前記微分制御を停止することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によると、エンジン回転速度が目標回転速度に到達するまでにあと所定値（回転速度）となるまでは、微分制御が停止されて比例制御によるフィードバック制御が実行され、目標回転速度に到達するまでにあと所定値となった時点で微分制御が追加されて比例制御及び微分制御によるフィードバック制御が実行される。これにより、エンジン回転速度が目標回転速度に到達する直前まではエンジン回転速度の上昇速度を高く維持しつつ、到達する直前においてはエンジン回転速度の上昇速度を低下させてオーバーシュートを抑制できるので、変速ショックの低減及び変速レスポンスの向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るエンジンのシステム図である。図１において、エンジン１の吸気通路には、スロットルモータ３で駆動されるスロットル弁４が設けられている。エンジン１の出力側には、自動変速機５が連結されている。この自動変速機５は、自動変速モードの他に、ドライバによる手動変速が可能な手動変速モードを有するものであって、エンジン１の出力軸に連結されるトルクコンバータ６と、このトルクコンバータ６の出力側に連結される変速機構７と、この変速機構７中の各種変速要素（クラッチ等）の結合・開放操作を行う油圧制御機構８と、を備えている。
【０００８】
前記油圧制御機構８に対する作動油圧は、各種の電磁バルブを介して制御されるが、こ
こでは自動変速のためのシフトソレノイド９、１０とロックアップのためのロックアップソレノイド１１のみを示してある。
エンジン１の動作は、エンジンコントロールユニット（以下、「ＥＣＵ」という）１２によって制御され、自動変速機５の動作はトランスミッションコントロールユニット（以下、「ＡＴＣＵ」という）１３によって制御される。
【０００９】
ＥＣＵ１２には、スロットル弁４の開度を検出するスロットルセンサ２１、アクセル操作量ＡＰＳを検出するアクセル開度センサ２２、エンジン冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ２３、エンジン回転速度Ｎｅを検出する回転速度センサ２４、車両の速度ＶＳＰを検出する車速センサ２５等の検出信号が入力される。
また、ＡＴＣＵ１３には、自動変速機５(の変速機構)のギヤ位置ＧＰを検出するギヤ位置センサ２６、ドライバが操作して自動変速機５の変速モード(「自動変速モード」又は「手動変速モード」)を設定するモードスイッチ２７、シフトレバー位置ＳＰを検出するシフト位置センサ２８等からの各種信号が入力される。
【００１０】
なお、ＥＣＵ１２とＡＴＣＵ１３とは通信線１４によって接続されており、互いに検出信号を含む所定の情報のやり取りが可能に構成されている。
そして、ＥＣＵ１２は、前記各種センサ類からの信号に基づいて燃料噴射制御、点火時期制御等のエンジン制御を実行すると共に、目標エンジントルクを演算し、この目標エンジントルクが得られるように、前記スロットルモータ３を駆動してスロットル弁４の開度を制御する（エンジン出力トルク制御を行う）。
【００１１】
また、ＡＴＣＵ１３は、自動変速モードにおいては、アクセル操作量ＡＰＳ及び車速ＶＳＰに基づいてマップを参照すること等によって最適な変速段を設定し、設定した変速段となるように前記シフトソレノイド９、１０を制御する。一方、手動変速モードにおいては、ドライバがシフトレバーを介して行うアップシフト操作又はダウンシフト操作に応じて、それぞれ現在の変速段よりも１段づつアップシフト側又はダウンシフト側の変速段を設定し、設定した変速段となるように前記シフトソレノイド９、１０を制御する。
【００１２】
さらに、手動変速モードにおいてドライバによるダウンシフト操作を検知したときには（すなわち、ダウンシフト要求があったときには）、ＥＣＵ１２とＡＴＣＵ１３との協調制御によって、現在（変速前）の変速段用に締結されている各クラッチを開放してニュートラル状態とする共に、変速後の目標エンジン回転速度（以下、「目標同期回転速度」という）ｔＮｅを算出し、実際のエンジン回転速度ｒＮｅが目標同期回転速度ｔＮｅとなるようにエンジン出力トルクを制御した後に、変速後の変速段用の各クラッチを締結するようにしてダウンシフト時の変速ショックを低減するようにしている。
【００１３】
ここで、ＥＣＵ１２によって実行されるエンジン出力トルク制御について説明する。図２は、エンジン出力トルク制御の内容を示すブロック図である。
図２において、ドライバ要求トルク算出部２０１は、入力されるアクセル操作量（アクセル開度）ＡＰＳに基づいてドライバの要求するエンジン出力トルク（ドライバ要求トルク）ＴＴＥＩＦを算出し、このドライバ要求トルクＴＴＥＩＦをＡＴ要求反映部２０４に出力する。
【００１４】
目標同期回転速度算出部２０２は、ＡＴＣＵ１３から入力される変速後のギヤ位置（ギヤ比）ＮＥＸＴＧＰ及び車速ＶＳＰから目標同期回転速度ｔＮｅを算出し、この目標同期回転速度ｔＮｅを回転同期トルク算出部２０４に出力する。
回転同期トルク算出部２０３には、前記目標同期回転速度算出部２０２からの目標同期回転速度ｔＮｅの他に、実エンジン回転速度ｒＮｅ及び回転同期制御指令（要求）が入力される。そして、実エンジン回転速度ｒＮｅを目標同期回転速度ｔＮｅとするためのエンジン出力トルク（以下、「回転同期トルク」という）ＴＱＴＭＳＴＡＣを算出し、この回転同期トルクＴＱＴＭＳＴＡＣをＡＴ要求反映部２０４に出力する。なお、前記回転同期制御指令は、手動変速モードにおいてダウンシフト要求があったときにＡＴＣＵ１３から出力されるものであり、前記回転同期トルクＴＱＴＭＳＴＡＣの算出については後述する（図３参照）。
【００１５】
ＡＴ要求反映部２０４では、入力されたドライバ要求トルクＴＴＥＩＦと回転同期トルクＴＱＴＭＳＴＡＣとを比較して大きい方を選択し、選択したトルクを目標エンジントルクＴＲＱＮＴＵとしてトルク／スロットル開度変換部２０５に出力する。なお、原則として、手動変速モードにおいてダウンシフト要求があった場合には回転同期トルクＴＱＴＭＳＴＡＣが、その他の場合にはドライバ要求トルクＴＴＥＩＦが、目標エンジントルクＴＲＱＮＴＵとして出力されることになる。
【００１６】
トルク／スロットル開度変換部２０５では、入力された目標エンジントルクＴＱＲＮＴＵが得られるような目標スロットル開度ＴＴＶＯを設定し（すなわち、目標エンジントルクをスロットル開度に変換し）、この目標スロットル開度ＴＴＶＯをスロットルモータ３に出力する。これにより、スロットルモータ３は目標スロットル開度ＴＴＶＯとなるようにスロットル弁４を駆動する。なお、図には示していないが、前記目標エンジントルクＴＲＱＮＴＵが回路の誤動作やノイズ等によって異常な値を示したときには、その出力値を制限等するフェールセーフ制御部を設けるようにしてもよい。
【００１７】
図３は、前記回転同期トルク算出部２０３において実行される回転同期トルクＴＱＴＭＳＴＡＣの算出処理の詳細を示すブロック図である。
図３に示すように、回転同期トルク算出部２０３は、比例制御及び微分制御によりエンジン出力トルクをフィードバック制御するため、回転速度偏差算出部３１１と比例分トルク算出部３１２とを備える比例制御部３０１と、微分分トルク算出部３２１と出力切換部３２２とを備える微分制御部３０２と、制御トルク算出部３０３と、比較部３０４と、回転同期トルク出力部３０５とを含んで構成される。
【００１８】
回転速度偏差算出部３１１では、入力された目標同期回転速度ｔＮｅと実エンジン回転速度ｒＮｅとの回転速度偏差ｅｒｒ（＝ｔＮｅ−ｒＮｅ）を算出し、これを比例分トルク算出部３１２に出力する。比例分トルク算出部３１２では、入力された回転速度偏差（ｔＮｅ−ｒＮｅ）及び比例ゲインＧｐより比例分トルクＴＱＴＭＳＴＡＣｐ（＝Ｇｐ×ｅｒｒ）を算出し、この比例分トルクＴＱＴＭＳＴＡＣｐを制御トルク算出部３０３に出力する。なお、ここでは、実エンジン回転速度ｒＮｅを目標同期回転速度ｔＮｅへと早期に収束させるべくハイゲインの比例制御を行うようにしている。
【００１９】
一方、微分分トルク算出部３２１では、入力された実エンジン回転速度の微分値ｄ（ｒＮｅ）／ｄｔ及び微分ゲインＧｄより微分分トルクＴＱＴＭＳＴＡＣｄ｛＝Ｇｄ×ｄ（ｒＮｅ）／ｄｔ｝を算出し、この微分分トルクＴＱＴＭＳＴＡＣｄを出力切換部３２２に出力する。
出力切換部３２２では、回転速度偏差ｅｒｒ及び実エンジン回転速度ｒＮｅに基づく判定結果に応じて「０」又は微分分トルクＴＱＴＭＳＴＡＣｄを選択して出力する。具体的には、図４に示すようなマップ（微分分追加回転速度偏差設定マップ）等を参照して微分分追加回転速度偏差ｅｒｒ２を算出し、回転速度偏差ｅｒｒが微分分追加回転速度偏差ｅｒｒ２以下となるまでは（換言すると、実エンジン回転速度ｒＮｅが目標同期回転速度ｔＮｅから微分分追加回転速度偏差ｅｒｒ２を減算した微分分追加回転速度に到達するまでは）「０」を出力し、回転速度偏差ｅｒｒが微分分追加回転速度偏差ｅｒｒ２以下となった（実エンジン回転速度が微分分追加回転速度に到達した）時点で微分分トルクＴＱＴＭＳＴＡＣｄを出力する。
【００２０】
例えば、図４において、目標同期回転速度ｔＮｅが６５００ｒｐｍであり、実エンジン回転速度ｒＴｅが５０００ｒｐｍである場合には、変化させる必要のあるエンジン回転速度（すなわち、回転速度偏差ｅｒｒ）は１５００ｒｐｍであるので、微分分追加回転速度偏差ｅｒｒ２は約１００ｒｐｍとなる。この場合、出力切換部３２２は、回転速度偏差ｅｒｒが１００ｒｐｍより大きければ（実エンジン回転速度ｒＮｅが５９００ｒｐｍとなるまでは）「０」を出力し、回転速度偏差ｅｒｒが１００ｒｐｍ以下となった（実エンジン回転速度ｒＮｅが５９００ｒｐｍに到達した）時点で微分分トルクＴＱＴＭＳＴＡＣｄを出力する。また、目標同期回転速度ｔＮｅが３５００ｒｐｍであり、実エンジン回転速度ｒＮｅが３０００ｒｐｍである場合には、回転速度偏差ｅｒｒは５００ｒｐｍであるので微分分追加回転速度偏差ｅｒｒ２は約３３０ｒｐｍとなる。この場合、出力切換部３２２は、回転速度偏差ｅｒｒが３３０ｒｐｍより大きければ（実エンジン回転速度ｒＮｅが３１７０ｒｐｍとなるまでは）「０」を出力し、回転速度偏差ｅｒｒが３３０ｒｐｍ以下となった（実エンジン回転速度ｒＮｅが３１７０ｒｐｍに到達した）時点で微分分トルクＴＱＴＭＳＴＡＣｄを出力する。
【００２１】
つまり、図４に示す微分分追加回転速度偏差マップは、比例分トルクＴＱＴＭＳＴＡＣｐによってエンジン回転速度が上昇し易い状態（回転速度偏差、実エンジン回転速度）であるほど、実エンジン回転速度が目標同期回転速度から離れているときに微分分トルクを反映させ、エンジン回転速度が上昇し難い状態であるほど、実エンジン回転速度が目標同期回転速度から近づいてから微分分トルクを反映させるという観点から作成されるものであり、このマップを参照することで微分分トルクＴＱＴＭＳＴＡＣｄを反映（微分制御の追加）するタイミングを適切に制御するようにしている。
【００２２】
制御トルク算出部３０３では、現在の回転同期トルクＴＱＴＭＳＴＡＣに、比例分トルクＴＱＴＭＳＴＡＣｐ及び回転同期オフセットトルクを加算する一方、出力切換部３２２からの出力を減算することで、回転同期トルクＴＱＴＭＳＴＡＣを更新する。そして、更新した回転同期トルクＴＱＴＭＳＴＡＣを比較部３０４に出力する。ここで、前記回転同期オフセットトルクは、積分制御を用いない（すなわち、積分分トルクを算出しない）代わりに設けたものであり、本実施形態では「０」としている。
【００２３】
したがって、回転速度偏差ｅｒｒ＞微分分追加回転速度偏差ｅｒｒ２の場合には、制御トルク算出部３０３から同期回転トルクＴＱＴＭＳＴＡＣ＝ＴＱＴＭＳＴＡＣ（前回値）＋Ｇｐ×ｅｒｒが出力され、回転速度偏差ｅｒｒ≧微分分追加回転速度偏差ｅｒｒ２の場合には、制御トルク算出部３０３から同期回転トルクＴＱＴＭＳＴＡＣ＝ＴＱＴＭＳＴＡＣ（前回値）＋Ｇｐ×ｅｒｒ−Ｇｄ×ｄ（ｒＮｅ）／ｄｔが出力されることとなる。
【００２４】
なお、本実施形態では、前記回転同期制御オフセットを「０」としているが、「０」以外の値としたり、前記回転速度偏差ｅｒｒに応じて可変設定するようにしたりしてもよいし、積分制御（上記のような比例制御、微分制御に加えて）を用いるようにしてもよい。
比較部３０４では、入力された回転同期トルクＴＱＴＭＳＴＡＣとエンジン出力可能トルク最大値とを比較して小さい方を選択し、選択したトルクを回転同期トルク出力部３０５に出力する。
【００２５】
回転同期トルク出力部３０５では、ＡＴＣＵ１３からの回転同期制御指令の有無に応じて「０」又は入力された回転同期トルクＴＱＴＭＳＴＡＣを選択し、ＡＴ要求反映部２０４（図２参照）に出力する。
図５は、ダウンシフト要求があったときのエンジン出力トルク制御のタイムチャートを示している。
【００２６】
手動変速モードにおいてダウンシフト（例えば、３速→２速）要求があると（時刻ｔ１）、変速後のエンジン回転速度である目標同期回転速度ｔＮｅが算出され、目標同期回転速度ｔＮｅと実エンジン回転速度ｒＮｅとの偏差に基づく比例分トルクＴＱＴＭＳＴＡＣｐが目標エンジントルクＴＲＱＮＴＵとして出力される（図２、図３参照）。ここで、比例制御部３０１は、上記したようにハイゲインの比例制御を行うようになっており、スロットル弁５の開度が大きくなるよう制御されることになる（図では、一例としてスロットル全開状態を示している）。この結果、実エンジン回転速度ｒＮｅは目標同期回転速度ｔＮｅに向かって速やかな上昇を開始する。また、このとき、ＡＴＣＵ１３から自動変速機５（のシフトソレノイド９、１０）にクラッチ開放指令が出力され、３速用の所定のクラッチが開放される。
【００２７】
その後、実エンジン回転速度ｒＮｅが上昇して、回転速度偏差ｅｒｒが微分分追加回転速度偏差ｅｒｒ２以下となると（実エンジン回転速度が微分分追加回転速度偏差に到達すると）、微分分トルクＴＱＴＭＳＴＡＣｄが反映された同期回転トルクＴＱＴＭＳＴＡＣが目標エンジントルクＴＲＱＮＴＵとして出力される（時刻ｔ２）。つまり、実エンジン回転速度ｒＮｅが微分分追加回転速度に到達するまでは、比例分トルクＴＱＴＭＳＴＡＣｐによってエンジン回転速度を速やかに上昇させる一方、微分分追加回転速度に到達してからは、さらに微分分トルクＴＱＴＭＳＴＡＣｄが反映（追加）されることによってエンジン回転速度の上昇を緩やかにしてオーバーシュートを抑制するようにしている。
そして、実エンジン回転速度ｒＮｅが目標同期回転速度ｔＮｅに収束すると、ＡＴＣＵ１３から自動変速機５（のシフトソレノイド９、１０）にクラッチ締結指令が出力され、２速用の所定のクラッチが締結されて変速が終了する（時刻ｔ４）。
【００２８】
なお、詳細な説明については省略するが、クラッチ開放期間の後半、例えば、前記微分分トルクを反映させるタイミングと同時か又は少し遅れて点火時期をリタードさせてエンジン出力トルクを低下させる点火時期リタード制御を併用するようにしてもよい（図２、図５における破線参照）。このようにすれば、点火時期のリタードによってエンジン回転速度を速やかに低下させることができるので、スロットル制御のみの場合よりも、エンジン回転速度を目標同期回転速度へと早期に収束させることができる（時刻ｔ３）。
【００２９】
以上説明した実施形態によると、手動変速モードにおいてダウンシフト要求があったときは、目標同期回転速度ｔＮｅと実エンジン回転速度ｒＮｅとの偏差（回転速度偏差）ｅｒｒが微分分追加回転速度偏差ｅｒｒ２より大きければ、回転速度偏差ｅｒｒに基づく比例制御によってエンジン出力トルクをフィードバック制御し、回転速度偏差ｅｒｒが微分分追加回転速度偏差ｅｒｒ２以下となった時点で微分制御が加えられ、比例制御及び微分制御によってエンジン出力トルクをフィードバックする。これにより、オーバーシュートをできるだけ抑制して、目標同期回転速度への収束性を向上できる。また、この場合にはフィードバック制御に積分制御を含まないので、制御を簡素化できるというメリットもあるが、積分制御を行うようにしてもよいのはもちろんである。
【００３０】
また、前記所定値は、比例制御によるフィードバック制御から比例制御及び微分制御によるフィードバック制御へと切り換える値であるが、この値は固定値ではなく、実エンジン回転速度ｒＮｅ及び回転速度偏差ｅｒｒに基づいて設定される。これにより、エンジン回転速度が上昇し易い状態であるほど、実エンジン回転速度が目標同期回転速度から離れているときに微分分トルクを反映させ、エンジン回転速度が上昇し難い状態であるほど、実エンジン回転速度が目標同期回転速度から近づいてから微分分トルクを反映させることができ、そのときの状態に応じて微分分トルクの反映（制御の切り換え）を適切なタイミングで行えるので、目標同期回転速度への収束及び変速レスポンスを向上できる。
【００３１】
また、例えば回転速度偏差ｅｒｒが微分分追加回転速度偏差ｅｒｒ２以下となった時点又はその後において、微分分トルクの反映に加えて点火時期のリタード制御を併用すれば、スロットル制御のみに比べてエンジン回転速度の応答が向上するので、オーバーシュートをより抑制することができ、目標同期回転速度への収束及び変速レスポンスの更なる向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に一実施形態に係るエンジンのシステム図である。
【図２】エンジン出力トルク制御の内容を示すブロック図である。
【図３】回転同期トルク算出部における回転同期トルク算出処理の詳細を示すブロック図である。
【図４】微分分追加回転速度偏差設定マップの一例を示す図である。
【図５】ダウンシフト時の制御特性を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００３３】
１…エンジン、３…スロットルモータ、４…スロットル弁、５…自動変速機、１２…エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）、１３…トランスミッションコントロールユニット（ＡＴＣＵ）、２１…スロットルセンサ、２２…アクセル開度センサ、２３…水温センサ、２４…回転速度センサ、２５…車速センサ、２６…モードスイッチ、２７…ギヤ位置センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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