JP2005098431A

JP2005098431A - 自動変速機の変速制御装置

Info

Publication number: JP2005098431A
Application number: JP2003334277A
Authority: JP
Inventors: Tadao Fujisawa; 忠男藤沢; Housen Ono; 朋宣小野
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2003-09-25
Filing date: 2003-09-25
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2023-09-25
Also published as: JP4541673B2

Abstract

【課題】頻繁に変速操作が行われる走行状態にも対応して、摩擦係合要素を熱害から保護することのできる自動変速機の変速制御装置を提供する。
【解決手段】ＴＣＵ５０は、各摩擦係合要素の蓄熱量を演算し、演算した各摩擦係合要素の蓄熱量Ｑの何れかが許容値Ｑ1よりも高い場合に、自動変速制御における各変速段への変速タイミングを通常時よりも早い変速タイミングに設定する。変速タイミングを早めることにより、変速時に締結動作する摩擦係合要素のディスク差回転数を減少させ、摩擦係合要素を締結動作させる際の発熱量を抑制する。従って、連続した屈曲路の走行時等のように、同一の変速段への変速が短時間の間に頻繁に行われる走行状態においても、摩擦係合要素の蓄熱量を抑制することができ、各摩擦係合要素を熱害から的確に保護することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、複数の変速歯車列等からなる動力伝達経路を切り換えて自動的に変速操作を行う変速クラッチ等の摩擦係合要素を備えた自動変速機の変速制御装置に関する。

従来より、車両においては、変速クラッチやブレーキ等の摩擦係合要素を選択的に締結制御することで、複数の変速歯車列等からなる動力伝達経路を切り換えて自動的に変速操作を行う自動変速機が広く採用されている。

ところで、近年においては、エンジンの高出力化や自動変速機の変速品質向上等を目的として自動変速機の変速時間（摩擦係合要素の締結動作時間）が増加される傾向にあり、これに伴い、自動変速機においては、変速に供する摩擦係合要素の締結動作時の発熱量が増加する傾向にある。この場合、変速動作時の発熱によって高温となった摩擦係合要素は、主として自動変速機の作動油（ＡＴＦ）との熱交換等によって当該ＡＴＦの油温と同等の温度まで冷却されることから、ＡＴＦの油温上昇を抑制することは、各摩擦係合要素のフェーシングを焼損等の熱害から保護するための重要な要件となる。そこで、例えば、特許文献１には、ＡＴＦの油温を検出し、検出した油温が所定温度以上であるときに、エンジンの発生トルクを継続的に低減させる技術が開示されている。
特開平１０−１６９４８３号公報

しかしながら、各摩擦係合要素で発生した熱がＡＴＦとの熱交換によって冷却されるまでには所定の放熱時間を必要とし、放熱が完了するまでの間は、摩擦係合要素の温度とＡＴＦの温度との間に所定の温度差が発生する。従って、上述の特許文献１に開示された技術のように、単に、ＡＴＦの油温上昇を抑制しただけでは、摩擦係合要素の熱害対策としては不十分な場合がある。すなわち、特に、連続した屈曲路の走行時等には、変速制御が繰り返し行われて同一の摩擦係合要素が短時間の間に頻繁に締結動作される場合があり、このような場合、ＡＴＦの油温が低い場合でも、多量の熱が摩擦係合要素に蓄熱されてフェーシングの焼損等を発生する虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、頻繁に変速制御が行われる走行状態にも対応して、摩擦係合要素を熱害から保護することのできる自動変速機の変速制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、複数の摩擦係合要素を選択的に締結制御して変速機の変速制御を行う自動変速機の変速制御装置において、変速動作時に締結動作する上記摩擦係合要素の発熱量を演算する発熱量演算手段と、非変速動作時の上記摩擦係合要素の放熱量を演算する放熱量演算手段と、上記発熱量演算手段で演算した発熱量と上記放熱量演算手段で演算した放熱量とに基づいて上記摩擦係合要素毎の蓄熱量を演算する蓄熱量演算手段と、上記蓄熱量演算手段で演算した蓄熱量が設定値以上の上記摩擦係合要素が存在するとき、少なくとも、蓄熱量が設定値以上の上記摩擦係合要素を用いた変速段へのアップシフトタイミングを蓄熱量が設定値以下のときより早いタイミングに設定する変速タイミング設定手段とを備えたことを特徴とする。

本発明の自動変速機の変速制御装置によれば、頻繁に変速制御が行われる走行状態にも対応して、摩擦係合要素を熱害から保護することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図面は本発明の一形態に係わり、図１は自動変速機の制御系全体を示すブロック図、図２は変速機の概略を示すスケルトン図、図３は変速制御装置の回路図、図４は変速マップ設定ルーチンのフローチャート、図５は変速マップの特性線図、図６はクラッチ差回転数と入力トルクとの関係を示すマップ、図７は演算したクラッチ蓄熱量の推移の一例を示すタイムチャートである。

図１において、符号１はエンジンを示し、このエンジン１のクランク軸１ａ（図２参照）にトルクコンバータ２を介して変速機３が連設されている。

図２に示すように、トルクコンバータ２は、エンジン１に連設するコンバータケース４内でエンジン１のクランク軸１ａに接続されるフロントカバー５と、フロントカバー５に連結されたポンプ側ケース６とを有して要部が構成されている。ポンプ側ケース６内にはポンプインペラ７が設けられており、このポンプインペラ７には、変速機３の入力軸９に直結されたタービンランナ８が対設されている。また、ポンプ側ケース６には油圧ポンプシャフト１０を介してオイルポンプ１１が連結されており、オイルポンプ１１は、クランク軸１ａを介して入力されるエンジン１の駆動力によって直接的に回転駆動される。

オイルポンプ１１は、変速機３内の作動油（ＡＴＦ）に油圧を発生させるものであり、このオイルポンプ１１により発生した油圧は、トルクコンバータ２に供給されるとともに、変速機３の各潤滑部や各摩擦係合要素（後述する）等に供給される。

また、ポンプインペラ７とタービンランナ８との間には、ワンウェイクラッチ１２に支持されたステータ１３が配設されている。さらに、タービンランナ８にはフロントカバー５に係合するロックアップクラッチ１４が取り付けられており、このロックアップクラッチ１４は、フロントカバー５に係合された際に、クランク軸１ａと入力軸９とを直結状態とする。

変速機３は、コンバータケース４に連設するトランスミッションケース２０内で入力軸９上に配設されたフロントプラネタリギヤ機構２１とリヤプラネタリギヤ機構２２とを有して要部が構成されている。

具体的に説明すると、入力軸９にはハイクラッチドラム２５が固設されており、このハイクラッチドラム２５の内側にはハイクラッチハブ２６が対設されている。また、ハイクラッチドラム２５とハイクラッチハブ２６との間には、摩擦係合要素としてのハイクラッチ２７が設けられている。

また、ハイクラッチハブ２６は、フロントプラネタリギヤ機構２１を構成する複数のフロントプラネタリピニオンギヤ２８が回動自在に軸支されているフロントキャリヤ２３に連結されており、これらフロントプラネタリピニオンギヤ２８に噛合するフロントサンギヤ２９にはブレーキハブ３０が連結されている。また、ブレーキハブ３０とハイクラッチドラム２５との間には摩擦係合要素としてのリバースクラッチ３１が設けられており、さらに、ブレーキハブ３０とトランスミッションケース２０との間には摩擦係合要素としての２＆４ブレーキ３２が設けられている。

また、フロントキャリヤ２３にはロークラッチドラム３３が連結されており、さらに、ロークラッチドラム３３にはロー＆リバースブレーキハブ３４が連結されている。ロー＆リバースブレーキハブ３４は、その内周がローワンウェイクラッチ３５を介してトランスミッションケース２０に回転自在に支持されており、さらに、ロー＆リバースブレーキハブ３４とトランスミッションケース２０との間には摩擦係合要素としてのロー＆リバースブレーキ３６が設けられている。

また、フロントサンギヤ２９の外周で各フロントプラネタリピニオンギヤ２８に噛合するフロントリングギヤ３７には、入力軸９の同軸上に配設されたリヤキャリヤ２４が連結されており、このリヤキャリヤ２４に出力軸３８が連結されている。フロントリングギヤ３７と出力軸３８との間には、リヤプラネタリギヤ機構２２を構成する複数のリヤプラネタリピニオンギヤ３９が回動自在に軸支されており、各リヤプラネタリピニオンギヤ３９に噛合するリヤサンギヤ４０は入力軸９に連結されている。そして、リヤサンギヤ４０の外周で各リヤプラネタリピニオンギヤ３９に噛合するリヤリングギヤ４１とロークラッチドラム３３との間には、摩擦係合要素としてのロークラッチ４２が設けられている。

変速機３におけるそれぞれの摩擦係合要素（クラッチ及びブレーキ）は、クラッチハブ等の外側にスプライン嵌合された環状の複数の内側ディスクと、クラッチドラムやトランスミッションケース２０等の内側の部材にスプライン嵌合された外側ディスクとを有している。そして、各摩擦係合要素は、それぞれの内側ディスクと外側ディスクとが油圧ピストン（図示せず）で押圧されて摩擦係合した際に締結状態となり、油圧ピストンの押圧が解除された際に解放状態となる。各油圧ピストンの作動は、オイルポンプ１１から供給されるＡＴＦの油圧により行われるようになっており、各油圧ピストンに供給される油圧は、トランスミッションケース２０の下部に連設されたオイルパン（図示せず）内のコントロールバルブボディ４９を通じて、変速制御装置（ＴＣＵ）５０で制御されるようになっている。そして、変速機３は、ＴＣＵ５０によって各摩擦係合要素が選択的に締結制御されることにより、前進４段、後進１段の変速段を実現し、トルクコンバータ２から入力軸９に伝達されるエンジン駆動力を所定の変速比で変速した後、出力軸３８を介して駆動輪（図示せず）に伝達する。

図３に示すように、ＴＣＵ５０は、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３、入力インターフェース５４、及び、出力インターフェース５５を有して構成され、これらがバスラインを介して互いに接続されている。また、ＴＣＵ５０には、イグニッションスイッチ６０を介してバッテリ６１に接続された定電圧回路６２が設けられており、イグニッションスイッチ６０がオンされたときにはＴＣＵ５０の各部に安定化電圧が供給されるようになっている。

入力インターフェース５４には、変速機３の入力軸９の回転数Ｎ1を検出する入力軸回転数センサ６５ａ、変速機３の出力軸３８の回転数Ｎ2を検出する出力軸回転数センサ６５ｂ、ＡＴＦの油温Ｔを検出する油温センサ６６、変速操作部６８に設けられたセレクトレバー６８ａ（図１参照）の選択レンジを検出するレンジ検出センサ６７、及び、エンジン１のスロットル開度Ｔｈを検出するスロットル開度センサ６９が接続されており、また、変速機３から現在の変速段Ｔｐが入力されるようになっている。さらに、入力インターフェース５４には、エンジン１を制御するエンジン制御装置（ＥＣＵ）７０が接続されており、ＥＣＵ７０を介して、各種センサ、スイッチ類の検出信号が入力されるようになっている。なお、変速操作部６８は、周知のように、セレクトレバー６８ａを操作することによって、ドライバが、走行レンジ、ニュートラルレンジ、及び、パーキングレンジを選択するためのものであり、レンジ検出センサ６７により走行レンジが検出された際に、ＴＵＣ５０による変速機３の自動変速制御が行われるようになっている。

自動変速制御について具体的に説明すると、ＴＣＵ５０のＲＯＭ５２内には、例えば、図５（ａ），（ｂ）に示すように、通常時変速マップと、この通常時変速マップよりも低い車速側にした早い各変速タイミングが設定された高温時変速マップとが格納されており、ＴＣＵ５０は、これら変速マップの何れかを各摩擦係合要素の蓄熱量に応じて選択する。そして、ＴＣＵ５０は、各摩擦係合要素の蓄熱量に応じて選択的に設定したマップに基づき、エンジン１のスロットル開度Ｔｈと車速Ｖ（例えば、出力軸３８の回転数Ｎ2から演算）とをパラメータとした変速制御を行う。ここで、ＴＣＵ５０のＲＯＭ５２内には、例えば、摩擦係合要素のディスク差回転数と変速機３への入力トルクとの関係に基づいて当該摩擦係合要素締結動作時の発熱量を演算するための発熱量演算マップ（例えば、図６参照）が格納されているとともに、摩擦係合要素を締結した後の経過時間等に応じた当該摩擦係合要素の放熱量を演算するための放熱量演算マップ（図示せず）が格納されており、ＴＣＵ５０は、これらのマップから演算した発熱量と放熱量とを用いて摩擦係合要素毎の蓄熱量を演算する。なお、発熱量及び放熱量演算用のマップは摩擦係合要素毎に設定されるもので、これら各マップは、例えば予め実験等によって求められている。すなわち、ＴＣＵ５０は、発熱量演算手段、放熱量演算手段、蓄熱量演算手段、及び、変速タイミング設定手段としての各機能を実現する。

次に、ＴＣＵ５０で実行される変速マップの設定について、図４に示すフローチャートを参照して説明する。なお、本形態において、イグニッションスイッチ６０がオンされた直後の初期状態のＴＣＵ５０には、自動変速制御に使用する変速マップとして通常時変速マップが設定されている。このルーチンは、設定時間毎に実行されるもので、ルーチンがスタートすると、ＴＣＵ５０は、ステップＳ１０１において、各種センサ、スイッチ類の検出信号を入力インターフェース５４を通じて読み込んだ後、ステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０１からステップＳ１０２に進むと、ＴＣＵ５０は、現在設定されている変速マップに基づき、エンジン１のスロットル開度Ｔｈと車速Ｖとをパラメータとして、現在、所定変速段への変速タイミングであるか否かを調べる。

そして、ステップＳ１０２において、現在、所定変速段への変速タイミングであると判定した場合、ＴＣＵ５０は、ステップＳ１０３に進み、今回の変速で締結動作される摩擦係合要素を判定する。

ステップＳ１０３からステップＳ１０４に進むと、ＴＣＵ５０は、今回の変速で締結動作される摩擦係合要素のディスク差回転数情報（内側ディスクと外側ディスクの差回転数情報）を演算し、続くステップＳ１０５において、変速機３への入力トルク情報を演算する。ここで、本形態において、ディスク差回転数情報は、例えば、入力軸９の回転数Ｎ1、出力軸３８の回転数Ｎ2、プラネタリギヤ機構２１，２２の各ギヤ比等に基づいて演算される。また、変速機３の入力トルク情報は、例えば、ＥＣＵ７０で演算されたエンジントルクＴｅ、トルクコンバータのトルク比ｔconv等に基づいて演算される。なお、トルク比ｔconvは、例えば、トルクコンバータ２の速度比ｒv（入力軸９の回転数Ｎ1／エンジン回転数Ｎｅ）を基に予め設定されたマップから求められるものである。

ステップＳ１０５からステップＳ１０６に進むと、ＴＣＵ５０は、今回の変速で締結動作される摩擦係合要素に対応する発熱量演算マップに基づき、ディスク差回転数情報と入力トルク情報とをパラメータとして、締結動作時の摩擦係合要素の発熱量Ｑｒを演算する。ここで、一般に、摩擦係合要素のディスク差回転数及び変速機３への入力トルクが大きくなる程、摩擦係合要素の締結動作時間は長くなるよう制御されるので、これに伴い、発熱量Ｑｒは大きな値が算出される。

続くステップＳ１０７において、ＴＣＵ５０は、他の摩擦係合要素（すなわち、今回の変速で締結動作される摩擦係合要素以外の各摩擦係合要素）の放熱量Ｑｄを、対応する各放熱量演算マップに基づいてそれぞれ演算した後、ステップＳ１０９に進む。

一方、ステップＳ１０２において、現在、所定変速段への変速タイミングではないと判定した場合、ＴＣＵ５０は、ステップＳ１０８に進み、各摩擦係合要素の放熱量Ｑｄを、対応する各放熱量演算マップに基づいてそれぞれ演算した後、ステップＳ１０９に進む。

ステップＳ１０７或いはステップＳ１０８からステップＳ１０９に進むと、ＴＣＵ５０は、ステップＳ１０６、ステップＳ１０７、或いはステップＳ１０８で演算された各摩擦係合要素の発熱量Ｑｒ或いは放熱量Ｑｄを用いて、現在の蓄熱量Ｑを摩擦係合要素毎に演算する。すなわち、ＴＣＵ５０は、今回の変速で締結動作される摩擦係合要素については、前回までの蓄熱量ＱにステップＳ１０６で演算した発熱量Ｑｒを加算し、そうでない摩擦係合要素については、前回までの蓄熱量ＱからステップＳ１０７或いはステップＳ１０８でそれぞれ演算した放熱量Ｑｄを減算することで、それぞれの摩擦係合要素についての蓄熱量Ｑを更新する。この演算に際し、ＴＣＵ５０は、油温センサ６６で検出されたＡＴＦの油温Ｔに基づいて蓄熱量Ｑの下限値Ｑ2を設定し、放熱量Ｑｄによる減算によって蓄熱量Ｑが下限値Ｑ2を下回った場合には、その摩擦係合要素の蓄熱量Ｑを下限値Ｑ2に補正する。これらの演算により、摩擦係合要素毎の蓄熱量が演算される。ここで、図７は、ＴＣＵ５０で演算されたある摩擦係合要素の蓄熱量Ｑの推移の一例を示すものである。なお、図７において、Ｓ1〜Ｓ4は、当該摩擦係合要素が締結動作されたタイミングを示す。

ステップＳ１０９からステップＳ１１０に進むと、ＴＣＵ５０は、各摩擦係合要素の蓄熱量Ｑが予め設定された許容値（設定値）Ｑ1以下であるか否かを調べる。ここで、許容値Ｑ1とは、摩擦係合要素を焼損等の熱害から回避させ得るに十分な熱量（換言すれば、摩擦係合要素に焼損等の熱害を発生させることが予測される熱量よりも所定に小さい熱量）に設定されるもので、本形態において、許容値Ｑ1は、予め行われた実験等により、各摩擦係合要素に対応してそれぞれ設定されるものである。

そして、ステップＳ１１０において、各摩擦係合要素の蓄熱量Ｑ全てが対応する許容値Ｑ1以下であると判定した場合、ＴＣＵ５０は、ステップＳ１１１に進み、自動変速制御に使用する変速マップを通常時変速マップ（図５（ａ）参照）に設定した後、ルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ１１０において、各摩擦係合要素の蓄熱量Ｑの少なくとも何れかが対応する許容値Ｑ1以上であると判定した場合、ＴＣＵ５０は、ステップＳ１１２に進み、自動変速制御に使用する変速マップを高温時変速マップ（図５（ｂ）参照）に設定した後、ルーチンを抜ける。これにより、自動変速制御における各変速段への変速タイミングは、通常時よりも早い変速タイミングに設定される。

このような形態によれば、演算した各摩擦係合要素の蓄熱量Ｑの何れかが許容値Ｑ1よりも高い場合に、自動変速制御における各変速段への変速タイミングを通常時よりも早い変速タイミングに設定することにより、締結動作時の発熱量を抑制して摩擦係合要素を熱害から保護することができる。すなわち、変速タイミングを早めることにより、変速時に締結動作する摩擦係合要素のディスク差回転数を減少させることができ、摩擦係合要素を締結動作させる際の発熱量を効果的に抑制することができる。従って、連続した屈曲路の走行時等のように、同一の変速段への変速が短時間の間に頻繁に行われる走行状態においても、摩擦係合要素の蓄熱量を抑制することができ、各摩擦係合要素を熱害から的確に保護することができる。

その際、ＴＣＵ５０は、摩擦係合要素が締結動作する際のディスク差回転数と、変速機３の入力トルクとに基づく演算によって発熱量Ｑｒを容易に演算することができ、さらに、変速機３内のＡＴＦの油温Ｔに基づいて設定した下限値Ｑ2で蓄熱量Ｑの値を制限することにより、非締結動作時の摩擦係合要素の蓄熱量Ｑが過剰に低く演算されることを防止でき、蓄熱量Ｑの演算精度を向上することができる。

なお、上述の形態においては、各摩擦係合要素の蓄熱量Ｑの少なくとも何れかが許容値Ｑ1以上となったとき、自走変速制御における全ての変速段への変速タイミングを早める一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、蓄熱量Ｑが許容値Ｑ1以上となった摩擦係合要素を用いた変速段の変速タイミングのみを個別的に早めるよう構成しても良く、さらに、アップシフト時の発熱量がダウンシフト時のものよりも一般に大きいことに鑑み、蓄熱量Ｑが許容値Ｑ1以上となった摩擦係合要素を用いた変速段へのアップシフトタイミングのみを個別的に早める構成としてもよい。

自動変速機の制御系全体を示すブロック図変速機部の概略を示すスケルトン図変速制御装置の回路図変速マップ設定ルーチンのフローチャート変速マップの特性線図クラッチ差回転数と入力トルクとの関係を示すマップ演算したクラッチ蓄熱量の推移の一例を示すタイムチャート

符号の説明

３ … 変速機
２７ … ハイクラッチ（摩擦係合要素）
３１ … リバースクラッチ（摩擦係合要素）
３２ … ２＆４ブレーキ（摩擦係合要素）
３６ … ロー＆リバースブレーキ（摩擦係合要素）
４２ … ロークラッチ（摩擦係合要素）
５０ … 変速制御装置（発熱量演算手段、放熱量演算手段、蓄熱量演算手段、変速タイミング設定手段）
Ｑ … 蓄熱量
Ｑ1 … 許容値（設定値）
Ｑ2 … 下限値
Ｑｄ … 放熱量
Ｑｒ … 発熱量
Ｔ … 油温
代理人弁理士伊藤進

Claims

複数の摩擦係合要素を選択的に締結制御して変速機の変速制御を行う自動変速機の変速制御装置において、
変速動作時に締結動作する上記摩擦係合要素の発熱量を演算する発熱量演算手段と、
非変速動作時の上記摩擦係合要素の放熱量を演算する放熱量演算手段と、
上記発熱量演算手段で演算した発熱量と上記放熱量演算手段で演算した放熱量とに基づいて上記摩擦係合要素毎の蓄熱量を演算する蓄熱量演算手段と、
上記蓄熱量演算手段で演算した蓄熱量が設定値以上の上記摩擦係合要素が存在するとき、少なくとも、蓄熱量が設定値以上の上記摩擦係合要素を用いた変速段へのアップシフトタイミングを蓄熱量が設定値以下のときより早いタイミングに設定する変速タイミング設定手段とを備えたことを特徴とする自動変速機の変速制御装置。
上記発熱量演算手段は、上記摩擦係合要素が締結動作する際の当該摩擦係合要素のディスク差回転数と、上記変速機の入力トルクとに基づいて上記発熱量を演算することを特徴とする請求項１記載の自動変速機の変速制御装置。
上記蓄熱量演算手段は、上記摩擦係合要素の蓄熱量の演算に際し、当該蓄熱量の下限値を上記変速機内の作動油の油温に基づいて設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自動変速機の変速制御装置。