JP2008101705A - 自動変速機の変速制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 運転者が要求する十分な駆動力を提供しつつ、摩擦係合要素の熱害による破損を防止可能な自動変速機の変速制御装置を提供することである。
【解決手段】 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、変速時に少なくとも締結すべき摩擦係合要素の温度を演算する演算手段と、該演算手段で演算された温度を基準温度と比較する比較手段と、前記演算された温度が前記基準温度よりも高い場合には、前記締結すべき摩擦係合要素を使用したアップシフトのタイミングを所定時間遅延させるアップシフト遅延手段と、を具備したことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の変速歯車列からなる動力伝達経路を切り換えて、自動的に変速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、複数の変速歯車列からなる動力伝達経路を切り換えて、自動的に変速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、それに伴い、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、特開平１０−１６９４８３号公報には、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。

しかし、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。

したがって、特開平１０−１６９４８３号公報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。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恐れがある。

この問題を解決し、頻繁に変速制御が行われる変速状態にも対応して、摩擦係合要素を熱害から保護することが可能な自動変速機の変速制御装置が特開２００５−９８４３１号公報で提案されている。

この公開公報に開示された自動変速機の変速制御装置では、摩擦係合要素の蓄熱量が許容値を超えた場合、変速タイミングを通常より早い変速タイミングに変更し、ディスク差回転を減少させることにより、発熱量を抑制し、摩擦係合要素を熱害から保護するように制御している。
特開平１０−１６９４８３号公報 特開２００５−９８４３１号公報

しかし、特許文献２に開示された変速制御装置では、アップシフトの変速タイミングを通常より早い変速タイミングに設定しているため、運転者が望む駆動力を十分伝達できないという問題がある。また、アクセルペダルの途中戻し変速など発熱量が大きな変速において十分満足するものではない。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、運転者が要求する十分な駆動力を提供するとともに、摩擦係合要素の熱害による破損を防止可能な自動変速機の変速制御装置を提供することである。

請求項１記載の発明によると、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、変速時に少なくとも締結すべき摩擦係合要素の温度を演算する演算手段と、該演算手段で演算された温度を基準温度と比較する比較手段と、前記演算された温度が前記基準温度よりも高い場合には、前記締結すべき摩擦係合要素を使用したアップシフトのタイミングを所定時間遅延させるアップシフト遅延手段と、を具備したことを特徴とする自動変速機の変速制御装置が提供される。

請求項２記載の発明によると、請求項１記載の発明において、前記アップシフト遅延手段は、前記締結すべき摩擦係合要素の温度が高ければ高いほど前記所定時間を長く設定することを特徴とする自動変速機の変速制御装置が提供される。

請求項３記載の発明によると、請求項１又は２記載の発明において、エンジンの回転数が設定値以上になった場合に、前記アップシフト遅延手段による前記所定時間の遅延を解除する遅延解除手段を更に具備したことを特徴とする自動変速機の変速制御装置が提供される。

請求項１記載の発明によると、十分な駆動力を確保しつつ、摩擦係合要素を熱害から保護することができる。

請求項２記載の発明によると、締結すべき摩擦係合要素の温度が高ければ高いほど所定時間を長く設定することにより、摩擦係合要素を熱害から十分保護することができる。

請求項３記載の発明によると、エンジンの回転数が所定値以上になった場合に、遅延解除手段によりアップシフト遅延手段による遅延を解除してアップシフトを許容することにより、エンジンの過回転を防止することができる。

以下、本発明の実施形態を添付した図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明実施形態の変速制御装置の概略的システム構成図である。図１において、２はエンジン、４は自動変速機であり、エンジン２の出力が自動変速機４を介して図示しない駆動輪へ伝達される。

自動変速機４は、トルクコンバータ６と多段変速歯車機構８とから構成されている。トルクコンバータ６は、図示を省略したロックアップクラッチを備えており、ロックアップ用のソレノイド１０を制御することにより、ロックアップクラッチがオン（締結）、オフ（締結解除）される。

多段変速歯車機構８は、本実施形態では前進５段とされ、既知のように変速操作手段としての複数個の変速用ソレノイド１２の励磁、消磁の組み合わせを変更することにより、所望の変速段とされる。もちろん、上記各ソレノイド１０，１２は、ロックアップ用或いは変速用の油圧式アクチュエータ又は油圧式摩擦係合要素の作動態様を切り換えるものである。

符号１４はマイクロコンピュータを利用して構成された制御ユニット（ＥＣＵ）であり、スロットル開度センサ１６、車速センサ１８及びギア位置センサ２０からの信号が制御装置ユニット１４に入力される。

スロットル開度センサ１６は、スロットル弁２２の開度すなわちスロットル開度を検出するものである。車速センサ１８は車速を検出し、ギア位置センサ２０は自動変速機４の現在のギア位置、すなわち変速段を検出するものである。

制御ユニット１４からは、ソレノイド１０に対してロックアップクラッチのオン、オフ用の制御信号が、またソレノイド１２に対して変速制御用の信号が出力される。

制御ユニット１４は、基本的にはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、クロック（ソフトタイマ）を備えるほか、Ａ／Ｄ変換器或いはＤ／Ａ変換器さらには入出力インターフェースを有するが、これらはマイクロコンピュータを利用する場合の既知の構成なので、その説明を省略する。

図２は本発明の原理を示す原理ブロック図である。演算手段２４は、変速時に少なくとも締結すべき摩擦係合要素の温度を演算する。比較手段２６は、演算手段２４で演算された温度を基準温度と比較する。

アップシフト遅延手段２８は、演算手段２４で演算された温度が基準温度よりも高い場合に、締結すべき摩擦係合要素を使用したアップシフトのタイミングを所定時間遅延させる。好ましくは、アップシフト遅延手段２８は、締結すべき摩擦係合要素の温度が高ければ高いほど前記所定時間を長く設定する。

エンジン回転数センサ３０の出力が遅延解除手段３２に入力されており、遅延解除手段３２はエンジンの回転数が設定値以上になった場合に、アップシフト遅延手段２８による所定時間の遅延を解除する。

本発明によると、運転者が要求する十分な駆動力を提供しつつ、摩擦係合要素の熱害による破損を防止することができる。また、遅延解除手段３２によりアップシフト遅延手段２８による所定時間の遅延を解除することにより、エンジンの過回転を防止することができる。

次に、図３の制御イメージ図を参照して、本発明の変速制御の概要について説明する。この制御イメージ図は、３−２ダウンシフト及び２−３アップシフト連続変速時の３ｒｄクラッチの温度を示している。

点線は本発明の制御なしのときの３ｒｄクラッチの温度であり、実線は本発明の制御を採用したときの３ｒｄクラッチの温度をそれぞれ示している。数字“２”又は“３”はそれぞれ２速クラッチ又は３速クラッチが係合している状態を示している。

まず、２−３アップシフトが行われて３ｒｄクラッチの温度が上昇するが、所定時間後には冷却されて４０で示すように３ｒｄクラッチの温度が下降に転じる。次いで、３−２ダウンシフトが実行されて３ｒｄクラッチの温度は４２で示すように上昇し、更に従来制御では直ちに２−３アップシフトが実行されて４４で示すように３ｒｄクラッチの温度は上昇する。

一方、本発明の変速制御では、Ｔ１時間の変速規制がかかっているため、２−３アップシフトが許可されずに２速状態が維持されて、４６で示すように３ｒｄクラッチの温度は下降する。規制時間Ｔ１が経過すると２−３アップシフトが許可されるため、３ｒｄクラッチが係合されて４８で示すように３ｒｄクラッチの温度は上昇する。

所定時間後には５０で示すように３ｒｄクラッチの温度は下降するが、３−２ダウンシフトが実行されて５２で示すように３ｒｄクラッチの温度は再び上昇する。ここで、３ｒｄクラッチへの変速規制時間Ｔ２が設定されているため、この規制時間中は３速へのアップシフトは許可されずに２速段が維持されて、５４で示すように３ｒｄクラッチの温度は下降する。

Ｔ２の規制時間が終了すると、３速へのアップシフトが許可されて３ｒｄクラッチの温度は５６で示すように上昇し、所定時間後には冷却されて５８で示すようになだらかに下降する。

従来制御では、ライン３６で示すように３ｒｄクラッチの温度は上昇するが、本発明制御によると適正な遅延時間を設定することにより、ＡＴＦ油温はライン３８で示すようにある程度のところで頭打ちとなる。このように、発熱の多いアップシフトのタイミングを遅らせることにより、クラッチの発熱量をより確実に抑制することができ、クラッチを熱害から保護することができる。

以下、図４〜図５，図７及び図９〜図１１のフローチャートを参照して、本発明実施形態の自動変速機の変速制御装置の処理フローについて詳細に説明する。

図４は全体の処理フローを示すメインフローチャートであり、まずステップＳ１０で各クラッチプレートの温度をシミュレートする。すなわち、各クラッチ（摩擦係合要素）の制御トルクとクラッチの差回転から変速中のクラッチの発熱量を計算し、各クラッチプレートの温度を予測する。

ステップＳ１０の処理の詳細が図５のフローチャートに示されている。まず、図５のステップＳ２０において、現在変速中か否かを判定する。この変速は図６に示すようなスロットル開度と車速の関数であるシフトマップに基づいて実行される。図６において、アップシフト特性線は実線で示されており、ダウンシフト特性線は一点鎖線で示されている。

図５のステップＳ２０で変速中と判定された場合には、ステップＳ２１へ進んでＯＮ側クラッチの発熱量を計算し、ステップＳ２２でＯＦＦ側クラッチの発熱量を計算する。

ここで、単位時間当たりに発熱する熱量ΔＱは、
ΔＱ ＝ 締結クラッチトルク × ｄω／ｄｔ ・・・ （１）
である。

ここで、締結クラッチトルク ＝ （ａ ＋ ｂ − ｃ） × ｍｙｕ × ＫＤＩＳＫ ・・・ （２）
但し、ａ ＝ 油圧によるピストンを押す力、ｂ ＝ ＮＭＷに対する遠心油圧、ｃ ＝ リターンスプリング荷重、 ｍｙｕ ＝ 動μ値、 ＫＤＩＳＫ ＝ ディスクの係数（ギアレシオ × ディスク枚数）である。

ステップＳ２０で変速中でないと判定された場合及びステップＳ２２の計算終了後、ステップＳ２３へ進んで各クラッチの冷却を計算する。ここで、オイルの吸収熱量をＱｏｕｔとすると、
Ｑｏｕｔ ＝ β（Ｔｂ − ＴＬＵＢ） ・・・ （４）
となる。

ＴＬＵＢ ＝ ＴＡＴＦ ・・・ （５）
ここで、Ｔｂは計算による仮想的なクラッチプレート油温であり、ＴＬＵＢは計算による仮想的なＡＴＦ油温であり、ＴＡＴＦＬはＡＴＦのドレーン油温である。

βは自動変速機の入力軸回転数に応じて変化し、適当な時間で冷却できるようにβをチューニングする。

次いで、ステップＳ２４へ進んで各クラッチプレートの温度を計算する。

（３）式からクラッチプレート温度Ｔ（ｔ）は以下のようになる。

ここで、Ｃｐはクラッチプレートの比熱、ｍはクラッチプレートの重さである。すなわち、ステップＳ２４では、クラッチの熱容量からクラッチプレートの温度を計算する。

図４のステップＳ１０が終了すると、ステップＳ１１へ進んで変速規制時間を設定する。すなわち、各クラッチにおいて、変速終了直後にクラッチプレート温度からアップシフトに規制をかける時間（遅延時間）を設定する。

この変速規制時間設定の処理の詳細は図７のフローチャートに示されている。まず、ステップＳ３０において変速終了直後か否かを判定する。変速終了直後と判定された場合には、ステップＳ３１へ進んで図８に示したマップを参照して、規制時間を検索し、設定する。規制時間はタイマにより設定され、タイマはそれぞれのクラッチ毎に設定される。

すなわち、変速時に仕事を行った各クラッチ（ＯＮ側クラッチ及びＯＦＦ側クラッチ）において、シミュレーションから計算されたクラッチプレート温度より規制時間を図８のマップにより検索し、変速時に仕事を行った各クラッチの規制時間（遅延時間）を設定する。

図８のマップより明らかなように、クラッチプレートの温度が高ければ高いほど規制時間を長く設定するのが好ましい。これにより、アップシフト時に係合するクラッチを熱害から十分保護することができる。

図４のステップＳ１１が終了すると、ステップＳ１２へ進んで規制開始判定処理を実行する。すなわち、規制の開始判断を行い、目標変速段への規制フラグを立てる。

この規制開始判断処理の詳細が図９のフローチャートに示されている。まず、ステップＳ４０において、目標変速段が確定した後の初回の処理か否かを判定する。すなわち、目標変速段が確定した初回のみ規制開始判断処理を行う。

ステップＳ４０が肯定判定の場合には、ステップＳ４１へ進んでエンジンの過回転防止要求があるか否かを判定する。ここでは、エンジン上限回転によるアップシフトを許可する判定を行っている。

ステップＳ４１が肯定判定の場合には、ステップＳ４２へ進んで目標変速段が現在の変速段より大きいか否かを判定する。すなわち、アップシフトか否かを判定する。ステップＳ４２でアップシフトと判定された場合には、ステップＳ４３へ進んで目標変速段のクラッチプレート温度が規制開始基準油温、すなわち規制開始基準クラッチプレート温度よりも高いか否かを判定する。ここで、基準クラッチプレート温度は各変速段毎に設定される。

ステップＳ４３が肯定判定の場合には、ステップＳ４４へ進んで図７のステップＳ３１で設定したタイマがカウント中か否かを判定する。タイマカウント中と判定された場合、ステップＳ４５へ進んでアップシフト禁止フラグをセットする。

一方、ステップＳ４１，Ｓ４２，Ｓ４３又はＳ４４が否定判定の場合には、ステップＳ４６へ進んでアップシフト禁止フラグをリセット（クリア）して、アップシフトを許可する。

図４のステップＳ１２の規制開始判定処理が終了すると、ステップＳ１３に進んで規制終了判断処理を実行する。すなわち、規制の終了判断を行い、目標変速段への規制フラグ（アップシフト禁止フラグ）をクリアする。

ステップＳ１３の詳細が図１０のフローチャートに示されている。まず、ステップＳ５０において、目標変速段のクラッチプレート温度が規制開始基準油温より低いか否かを判定する。ステップＳ５０が肯定判定の場合には、ステップＳ５１へ進んで規制フラグ（アップシフト禁止フラグ）をクリアする。

ステップＳ５０が否定判定の場合には、ステップＳ５２へ進んで目標変速段が現在の変速段以下か否かを判定する。ステップＳ５２が肯定判定の場合、すなわち変速要求がない場合又はダウンシフト要求がある場合には、ステップＳ５１へ進んで規制フラグをクリアする。この判定ステップでは、アップシフト要求がなくなり、ダウンシフト要求がきた場合変速を許可する。

ステップＳ５２が否定判定の場合には、ステップＳ５３へ進んでエンジン過回転防止に基づく変速要求があるか否かを判定する。すなわち、エンジン上限回転数によるアップシフト変速要求がある場合、アップシフトを許可する。ステップＳ５３が肯定判定の場合には、ステップＳ５１へ進んで規制フラグをクリアする。

一方、ステップＳ５３が否定判定の場合には、ステップＳ５４へ進んで目標変速段の規制時間がゼロになったか否か、すなわち変速規制タイマがカウントアップしたか否かを判定する。この判定ステップでは、規制時間のカウントが終了したとき、変速を許可する。ステップＳ５４が肯定判定の場合には、ステップＳ５１へ進んで規制フラグをクリアする。

図４のステップＳ１３の規制終了判断が終了すると、ステップＳ１４へ進んで目標変速段を修正する。すなわち、規制がかけられているクラッチへのアップシフトを規制するように目標となる変速段を修正する。

この目標変速段修正処理の詳細が図１１のフローチャートに示されている。まず、ステップＳ６０において、規制フラグがセットされているか否かを判定する。規制フラグがセットされている場合には、ステップＳ６１へ進んで目標変速段を現在の変速段へ修正する。

すなわち、発熱量が大きいアップシフトを遅らせることにより、プレート温度が上昇したクラッチを締結状態から解放し、クラッチ温度を下げることができる。また、現在の変速段を維持するかダウンシフトを許可することにより、ドライバビリティを確保することができる。

上述した実施形態では、変速時に全てのクラッチの温度を計算しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、変速時に締結すべきクラッチの温度のみを計算するようにしても良い。

本発明実施形態の変速制御装置の概略的システム構成図である。 本発明の原理を示す原理ブロック図である。 本発明の変速制御イメージを示す図である。 本発明の変速規制制御の全体の制御フローを示すフローチャートである。 各クラッチプレートの温度計算を示すフローチャートである。 シフトマップの一例を示す図である。 変速規制時間設定のフローチャートである。 クラッチプレート温度と変速規制時間との関係を示すマップである。 規制開始判断処理を示すフローチャートである。 規制終了判断処理を示すフローチャートである。 目標変速段修正処理を示すフローチャートである。

符号の説明

４ 自動変速機
６ トルクコンバータ
８ 多段変速歯車機構
１０ ロックアップ用ソレノイド
１２ 変速用ソレノイド
１４ 制御ユニット
１６ スロットル開度センサ
１８ 車速センサ
２０ ギア位置センサ
２２ 演算手段
２６ 比較手段
２８ アップシフト遅延手段
３０ エンジン回転数センサ
３２ 遅延解除手段

Claims (3)

1. 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、
   変速時に少なくとも締結すべき摩擦係合要素の温度を演算する演算手段と、
   該演算手段で演算された温度を基準温度と比較する比較手段と、
   前記演算された温度が前記基準温度よりも高い場合には、前記締結すべき摩擦係合要素を使用したアップシフトのタイミングを所定時間遅延させるアップシフト遅延手段と、
   を具備したことを特徴とする自動変速機の変速制御装置。
2. 前記アップシフト遅延手段は、前記締結すべき摩擦係合要素の温度が高ければ高いほど前記所定時間を長く設定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。
3. エンジンの回転数が設定値以上になった場合に、前記アップシフト遅延手段による前記所定時間の遅延を解除する遅延解除手段を更に具備したことを特徴とする請求項１又は２記載の自動変速機の変速制御装置。