JP2010053941A - 自動変速機の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アクセル全閉での走行中、手動操作によるダウンシフト変速指令やＮ→Ｄ、Ｎ→Ｒへの変速指令があった場合に、変速機側からのエンジン回転の持ち上げに起因する反動ショックを軽減できる自動変速機の制御方法を提供する。
【解決手段】ポンプインペラとタービンランナとの間にワンウエイクラッチ３９及びトーショナルダンパー３７とを直列に介設したトルクコンバータ３を備えた自動変速機において、アクセル全閉での走行中、手動操作によって自動変速機のＮレンジからＤレンジへの切替、ＮレンジからＲレンジへの切替、もしくはダウンシフト変速指令時に、エンジン回転数が変速後のタービン回転数に相当する目標値の近傍値まで上昇した時点で、ダウンシフト変速により係合される係合要素の油圧を一時的に減圧することで、トーショナルダンパーによる反動ショックを軽減する。
【選択図】 図６

Description

本発明は自動変速機の制御方法、特にワンウエイクラッチ付きトルクコンバータを備えた自動変速機の制御方法に関するものである。

従来、エンジンと自動変速機との間にトルクコンバータを設けた車両が一般に広く使用されているが、エンジンブレーキの効きが良くないという問題がある。このような問題を解決するため、ポンプインペラとタービンランナとの間に、タービン軸の回転数がエンジン出力軸の回転数を上回る時のみ係合状態となるワンウエイクラッチを設けたトルクコンバータが提案されている（特許文献１）。

図９はワンウエイクラッチ付きトルクコンバータの一例を示す。このトルクコンバータ３は、エンジン１の出力軸１１に連結されたコンバータケース３０の一側部に固定され、エンジン出力軸１１と一体回転するポンプインペラ３１と、ポンプインペラ３１と対向するようにコンバータケース３０内に回転自在に設けられたタービンランナ３２と、ポンプインペラ３１とタービンランナ３２との間に介設されてトルク増幅作用を行うステータ３３とを備えている。タービンランナ３２はタービン軸３４を介して変速機２に接続され、ステータ３３は第１のワンウエイクラッチ３５を介してミッションケース３６に連結されている。タービン軸３４とコンバータケース３０との間には、トーショナルダンパー３７を介してロックアップクラッチ３８が設けられている。なお、ロックアップクラッチ３８は省略可能である。トーショナルダンパー３７は、スプリング力を利用してロックアップクラッチ３８をコンバータケース３０に対して締結する時の締結ショック及び締結後のエンジントルク変動を吸収するものである。エンジン出力軸１１とタービン軸３４との間に、第２のワンウエイクラッチ３９が配置されている。このワンウエイクラッチ３９は、タービン軸３４により変速機２が駆動される通常運転時には、フリーになり、エンジン出力がトルクコンバータ３の流体を介して変速機２側に伝達される。一方、タービン軸３４の回転数がエンジン出力軸１１の回転数を上回る減速走行時には、ワンウエイクラッチ３９が係合状態となり、変速機２側からの駆動トルクが流体を介さずにエンジン１に伝達され、エンジンブレーキを効果的に作用させることができる。また、減速運転時にフューエルカットを行うエンジンを用いた場合に、減速運転時のエンジン回転数の落ち込みを抑制して長期間に亘ってフューエルカットを実施できる。

図１０は、前記のようなワンウエイクラッチ付きのトルクコンバータを備えた車両において、アクセル全閉にした走行状態で、シフトレバーの操作によってマニュアルダウンシフト変速（例えば４速→３速）を実施した場合の車両加速度、エンジン回転数、タービン回転数、係合側及び開放側のクラッチ油圧の各時間変化を示す。ｔ１が変速指令時、ｔ２が係合側クラッチ（Ｃ２）の係合開始時である。図１０に示すように、時刻ｔ２で係合側クラッチ（Ｃ２）が係合を開始すると、係合側クラッチ（Ｃ２）の伝達トルクの上昇に伴いタービン回転数が上昇し、タービン回転によってエンジン回転が持ち上げられると共に、減速領域が生じる。すなわち、変速機側からの入力によりワンウエイクラッチ３９を介してエンジン回転が急速に持ち上げられ、エンジンブレーキが作用する。しかし、タービン回転数が変速後の回転数に到達した時点ｔ３でワンウエイクラッチ３９がフリーになり、変速機側からの入力により捩じられていたトーショナルダンバー３７が同時に解放されるため、エンジン回転がイナーシャによってオーバーシュートする。その結果、トーショナルダンパー３７が逆方向に捩られ、その反動でエンジン側に衝撃入力が作用し、大きなショックが発生するという問題がある。

同様な問題は、例えばＮレンジで惰行走行中（アクセル全閉にした走行中）に、シフトレバーをＤレンジ又はＲレンジに切り替えた場合にも発生する可能性がある。すなわち、Ｎレンジで惰行走行中、全ての係合要素は解放されているが、Ｄレンジへ切り替えると、その時の車速に応じた変速段が決定され、所定の係合要素が締結される。係合要素が締結されると、タービン回転数が上昇し、ワンウエイクラッチの作用によりエンジン回転数が持ち上げられて減速状態となり、前述のマニュアルダウンシフト変速と同様なショックが発生する可能性がある。
特開平１−２４７８６８号公報

本発明の目的は、アクセル全閉での走行中、手動操作によるダウンシフト変速指令やＮ→Ｄ、Ｎ→Ｒへの変速指令があった場合に、変速機側からのエンジン回転の持ち上げに起因する反動ショックを軽減できる自動変速機の制御方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の第１実施形態は、エンジンの出力軸に連結されたポンプインペラと、タービン軸に接続されたタービンランナと、前記ポンプインペラとタービンランナとの間に直列に介設されたワンウエイクラッチ及びトーショナルダンパーとを備え、前記ワンウエイクラッチは前記タービン軸の回転数がエンジン出力軸の回転数を上回る時のみ係合状態となり、前記トーショナルダンパーはエンジン出力軸とタービン軸との間の捩れ振動を吸収するものである、トルクコンバータを備えた自動変速機において、アクセル全閉での走行中であることを検出する工程と、前記アクセル全閉での走行中、手動操作によって、前記自動変速機のＮレンジからＤレンジへの切替、ＮレンジからＲレンジへの切替、もしくはダウンシフト変速の指令が出たことを検出する工程と、前記手動操作による前記変速指令時に、エンジン回転数が変速後のタービン回転数に相当する目標値の近傍値まで上昇した時点で、前記変速指令により係合される係合要素の油圧を一時的に減圧する工程と、を備えることを特徴とする自動変速機の制御方法を提供する。

本発明の第２実施形態は、エンジンの出力軸に連結されたポンプインペラと、タービン軸に接続されたタービンランナと、前記ポンプインペラとタービンランナとの間に直列に介設されたワンウエイクラッチ及びトーショナルダンパーとを備え、前記ワンウエイクラッチは前記タービン軸の回転数がエンジン出力軸の回転数を上回る時のみ係合状態となり、前記トーショナルダンパーはエンジン出力軸とタービン軸との間の捩れ振動を吸収するものである、トルクコンバータを備えた自動変速機において、アクセル全閉での走行中であることを検出する工程と、前記アクセル全閉での走行中、手動操作によって、前記自動変速機のＮレンジからＤレンジへの切替、ＮレンジからＲレンジへの切替、もしくはダウンシフト変速の指令が出たことを検出する工程と、前記手動操作による前記変速指令時に、変速指令時のタービン回転数と変速後のタービン回転数との差回転が大きい程、前記変速指令により係合される係合要素の油圧の立ち上がりを緩やかに制御する工程と、を備えることを特徴とする自動変速機の制御方法を提供する。

アクセル全閉での走行中に、手動操作によるダウンシフト変速指令、Ｎ→Ｄ、Ｎ→Ｒへの変速指令があった場合、係合側クラッチの伝達トルクの上昇に伴いタービン回転数が上昇し、ワンウエイクラッチの作用によりエンジン回転が持ち上げられる。その際、係合側クラッチを瞬間的に滑らせることで、タービン回転がエンジン回転を持ち上げる入力を弱め、タービン回転数が変速後の回転数に到達した時点でのエンジン回転のオーバーシュートをなくすことができる。つまり、クラッチを瞬間的に滑らせることにより、タービン側の捩れを軽減し、トーショナルダンパーによる反動ショックを回避している。この実施形態では、短時間でトーショナルダンパーの捩れトルクを吸収するため、変速時間の遅延を防止できる。

第１実施形態では、エンジン回転数が変速後のタービン回転数に相当する目標値の近傍値まで上昇した時点で、係合側クラッチの油圧を一時的に減圧しているが、第２実施形態では、変速指令時のタービン回転数と変速後のタービン回転数との差回転に応じて、係合側係合要素の油圧の立ち上がり特性を変更している。つまり、差回転が大きい程、係合要素の油圧の上昇勾配を緩やかにしている。このようにクラッチを滑らせながらつなぐことにより、タービン側の捩れを軽減し、ショックを回避できる。

手動操作によるダウンシフト変速指令の例としては、例えばＰ，Ｒ，Ｎ，Ｄレンジ以外にマニュアルレンジ（例えばＳレンジ）を備えた自動変速機において、シフトレバーをマニュアルレンジでダウンシフト側へ操作した場合や、シフトレバーとは別にアップスイッチ及びダウンスイッチを備えた自動変速機において、Ｄレンジ状態で走行中にダウンスイッチを操作した場合、さらにＯＤ（オーバードライブ）スイッチを備えた自動変速機において、ＯＤ状態（例えば４速）で走行している時にＯＤスイッチをオフすることで、３速へダウンシフトする場合などが考えられる。

以上のように、本発明によれば、ポンプインペラとタービンランナとの間にワンウエイクラッチとトーショナルダンパーとを直列接続したトルクコンバータを用いた自動変速機において、手動操作によるダウンシフト変速時に係合側クラッチの油圧を一時的に減圧するか、あるいは油圧勾配を緩くすることにより、タービン回転によってエンジン回転を持ち上げる入力を弱め、エンジン回転がオーバーシュートするのを防止できる。その結果、トーショナルダンパーの捩れによる反動ショックを軽減できる。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、実施例を参照して説明する。

図１は本発明にかかる車両のシステムの一例を示す。エンジン１の出力軸１１はトルクコンバータ３を経て自動変速機２の入力軸（タービン軸）４０に接続されている。トルクコンバータ３は、図９に示した従来のワンウエイクラッチ付きトルクコンバータと同様であり、図９と同じ部分には同一符号を付して重複説明を省略する。入力軸４０は変速機構４を介して出力軸４７と接続されている。変速機構４は複数の摩擦係合要素（クラッチ及びブレーキ）と遊星歯車装置とを備えており、各摩擦係合要素には油圧制御装置４８から油圧が供給される。油圧制御装置４８は複数の変速制御用ソレノイド弁２１を備えており、これらソレノイド弁２１をＡＴコントローラ２０で制御することにより、変速機構４に内蔵されている各摩擦係合要素を選択的に係合させ、所望の変速段を構成している。なお、変速制御用ソレノイド弁２１の個数は任意であり、さらにロックアップクラッチ制御用やライン圧制御用などの別の機能を持つソレノイド弁を追加してもよい。

ＡＴコントローラ２０には、各センサからエンジン回転数、アクセル開度、車速などの信号が入力されている。さらに、後述するスイッチ２３又はＮＳＳからマニュアルダウン信号又はＮ→Ｄ、Ｎ→Ｒの切替信号が入力されている。ＡＴコントローラ２０のメモリには、変速マップ、パワーオン／オフの判定値マップ、変速制御用プログラムなどが格納されている。走行時の車速及びアクセル開度から変速マップによって変速段を決定し、ソレノイド弁２１を制御している。なお、ＡＴコントローラ２０には上記以外の信号を入力してもよいことは勿論である。

図２は変速機構４の一例を示す。この実施例の変速機構４は、摩擦係合要素である３個のクラッチＣ１〜Ｃ３及び２個のブレーキＢ１，Ｂ２、ワンウエイクラッチＦ、ラビニヨウ型遊星歯車装置４１、差動装置４４などを備えている。遊星歯車装置４１のフォワードサンギヤ４１ａと入力軸４０とはＣ１クラッチを介して連結されており、リヤサンギヤ４１ｂと入力軸４０とはＣ２クラッチを介して連結されている。キャリヤ４１ｃはセンターシャフト４５と連結され、センターシャフト４５はＣ３クラッチを介して入力軸４０と連結されている。また、キャリヤ４１ｃはＢ２ブレーキとキャリヤ４１ｃの正転（エンジン回転方向）のみを許容するワンウェイクラッチＦとを介して変速機ケース４６に連結されている。キャリヤ４１ｃは２種類のピニオンギヤ４１ｄ，４１ｅを支持しており、フォワードサンギヤ４１ａは軸長の長いロングピニオン４１ｄと噛み合い、リヤサンギヤ４１ｂは軸長の短いショートピニオン４１ｅを介してロングピニオン４１ｄと噛み合っている。ロングピニオン４１ｄのみと噛み合うリングギヤ４１ｆは出力ギヤ４２に結合されている。出力ギヤ４２は中間軸４３を介して差動装置４４と接続されている。

図３は、変速機構４を構成するクラッチＣ１，Ｃ２，Ｃ３、ブレーキＢ１，Ｂ２及びワンウェイクラッチＦの作動状況を示し、前進４段、後退１段の変速段を実現している。Ｃ１クラッチはＲレンジのみ係合され、Ｃ２クラッチはＤレンジの１〜３速で係合され、Ｃ３クラッチはＤレンジの３，４速で係合され、Ｂ１ブレーキはＤレンジの２，４速で係合され、Ｂ２ブレーキはＲレンジとＬレンジ（図示せず）で係合される。

図４は自動変速機２のシフトレバー２２を操作するためのゲート構造の一例を示す。すなわち、Ｐ，Ｒ，Ｎ，Ｄ，Ｌの各レンジの他、Ｄレンジの側部にマニュアルシフトレンジであるＳレンジが設けられている。シフトレバー２２をＤレンジからＳレンジへ横方向に操作した後、前後（＋又は−）方向に操作することにより、１速段ずつアップシフト（＋）又はダウンシフト（−）することができる。Ｓレンジで達成できる変速段はＤレンジと同様であり、係合／解放される摩擦係合要素も図３と同じである。シフトレバー２２には、Ｓレンジでアップシフト方向及びダウンシフト方向に操作した時のマニュアルシフト信号を出力できるスイッチ２３が設けられている。なお、このスイッチ２３は、マニュアルシフト信号を出力するための専用スイッチであってもよいが、例えばニュートラルスタートスイッチ（ＮＳＳ）で代用することも可能である。

ここで、本発明に係る自動変速機の制御方法の一例を、図５を参照しながら説明する。まず、車両が走行中であるかどうかを判定し（ステップＳ１）、走行中である場合にはアクセル全閉であるかどうかを判定する（ステップＳ２）。これはワンウエイクラッチ３９が係合状態であるかどうかを判定していることに等しい。次に、アクセル全閉で走行している状態において、シフトレバー２２をマニュアルダウンシフト方向に操作するか、あるいはＮ→Ｄ、Ｎ→Ｒのいずれかに操作すると、スイッチ２３から検出信号が出力され、その信号に応答してＡＴコントローラ２０は所望の変速段への変速指令信号を出力する（ステップＳ３）。もし、ダウンシフト変速指令、Ｎ→Ｄ、Ｎ→Ｒのいずれかの変速指令があった場合、ＡＴコントローラ２０は変速後のタービン回転数をギヤ比と車速とから計算で求め、この回転数を目標エンジン回転数として決定する（ステップＳ４）。そして、ＡＴコントローラ２０はソレノイド弁２１を制御し、係合側クラッチの油圧を所定の上昇勾配で上昇させる（ステップＳ５）。その際、エンジン回転数を常時モニターしておき、エンジン回転数が目標エンジン回転数Ｎｒより所定回転数（例えば２００ｒｐｍ）だけ低い値（近傍値）Ｎａ以上になったかどうかを判定する（ステップＳ６）。エンジン回転数が近傍値Ｎａ以上になった時点で、ＡＴコントローラ２０は係合側クラッチの油圧を一時的に減圧するべくソレノイド弁２１を制御し（ステップＳ７）、その後、締結させる。このように、タービン回転数が変速後のタービン回転数に到達する直前に、係合側クラッチを一時的に滑らせることで、タービン回転によるエンジン回転の持ち上げ入力を弱め、エンジン回転数のオーバーシュートを防止することができる。

図６は、本発明に係るマニュアルダウンシフト（４速→３速）を実施した場合のタイムチャートの一例を示す。アクセル全閉状態で、かつ変速段が４速状態で走行している時刻ｔ１でシフトレバー２２をマニュアルダウンシフト方向に操作すると、スイッチ２３から信号が出力され、ＡＴコントローラ２０がダウンシフト変速指令信号を出力する。変速指令に伴い、係合要素（Ｂ１）の油圧が低下すると共に係合要素（Ｃ２）の油圧が上昇を開始する。時刻ｔ２で係合要素（Ｃ２）の油圧勾配が大きくなり、係合要素（Ｃ２）が係合を開始する。時刻ｔ４でエンジン回転数が目標値Ｎｒより所定回転数ΔＮだけ低い近傍値Ｎａに達すると、係合要素（Ｃ２）の油圧を一時的に減圧する。この油圧は、係合要素（Ｃ２）が係合を開始する油圧（時刻ｔ２の油圧）より高く、係合要素（Ｃ２）を一時的に滑らせて変速機からエンジンに伝えられるイナーシャを下げる働きをする。時刻ｔ３でタービン回転数が変速後のタービン回転数に到達すると、係合要素（Ｃ２）の油圧を締結状態まで上昇させる。このように係合要素（Ｃ２）の油圧を一時的に減圧することで、エンジン回転数のオーバーシュートを防止できると共に、エンジン回転数が変速後のタービン回転数に同期した後の加速度の変動（図１０参照）も抑制できる。

前述ではマニュアルダウンシフト（４速→３速）を実施した例を示したが、アクセルＯＦＦで走行中に、シフトレバーをＤ→Ｎ→Ｄに切り替えた場合にも本発明を適用できる。図７は、Ｎレンジの惰性走行中にシフトレバーをＤレンジへ切り替えた時のタイムチャートの一例を示す。アクセル全閉状態で、かつＮレンジで走行している時刻ｔ１でシフトレバー２２をＤレンジへ操作すると、スイッチ２３から信号が出力され、ＡＴコントローラ２０が変速指令信号を出力する。変速指令に伴い、その時の車速とアクセル開度（全閉）とに応じて変速段が決定され、その変速段で締結される係合要素に油圧が供給される。例えば、３速状態と判断された場合には、Ｃ２クラッチとＣ３クラッチに油圧が供給される。Ｃ２クラッチの伝達トルクの上昇に伴ってタービン回転数が上昇し、ワンウエイクラッチ３９の作用によりエンジン回転が持ち上げられるが、エンジン回転数が目標回転数Ｎｒより所定回転数ΔＮだけ低い近傍値Ｎａまで上昇すると、係合要素（Ｃ２）の油圧を一時的に減圧するため、タービン回転によるエンジン回転の持ち上げ入力が一時的に低下する。そのため、エンジン回転数が目標値に到達した時点ｔ３でのエンジン回転のオーバーシュートがなく、トーショナルダンパー３７による反動ショックを解消できる。

図８は、本発明に係るマニュアルダウンシフト（４速→３速）を実施した場合のタイムチャートの他の例を示す。アクセル全閉状態で、かつ変速段が４速状態で走行している時刻ｔ１でシフトレバー２２をマニュアルダウンシフト方向に操作すると、スイッチ２３から信号が出力され、ＡＴコントローラ２０がダウンシフト変速指令信号を出力する。変速指令に伴い、係合要素（Ｂ１）の油圧が低下すると共に係合要素（Ｃ２）の油圧が上昇を開始する。ここまでの動作は第１実施例（図６）と同様である。係合要素（Ｃ２）が係合を開始する時刻ｔ２から、係合要素（Ｃ２）の油圧が上昇するが、その上昇勾配が従来の上昇勾配（破線で示す）より緩やかに設定されている。例えば、車速、変速段に最適なタービン回転数の変化率をマップとして設定しておき、その変化率になるように係合側クラッチの油圧の傾きを制御する。タービン回転数の目標変化率は、タービン回転数の差回転、つまり変速指令時のタービン回転数と変速後のタービン回転数との差に応じて設定され、差回転が大きいほど目標変化率を小さく設定する。その結果、タービン回転数及びエンジン回転数は通常の自動変速によるダウンシフト時より緩やかに上昇し、変速後のタービン回転数（目標回転数）に到達した時点（ｔ３）で、エンジン回転数のオーバーシュートを回避できる。タービン回転数が変速後の回転数まで到達した時点で、トーショナルダンパー３７は殆ど捩られていないので、その反動ショックも発生しない。

図８ではマニュアルダウンシフト時における係合要素（Ｃ２）の油圧制御について説明したが、アクセルＯＦＦ状態での惰性走行中に、シフトレバーをＤ→Ｎ→Ｄに切り替えた場合にも同様に適用できる。

本発明に係る自動変速機とは、多板クラッチを用いた有段式の自動変速機のほか、無段変速機でも適用できる。また、マニュアルシフトを有しない自動変速機にも適用できる。

本発明に係る車両のシステム図である。 図１の自動変速機の変速機構のスケルトン図である。 図２に示す変速機構の摩擦係合要素の作動表である。 自動変速機のシフトレバーを操作するためのゲート構造図である。 本発明に係る制御方法の一例のフローチャート図である。 マニュアルダウンシフト時の本発明に係る制御方法の一例のタイムチャート図である。 Ｎ→Ｄ切り替え時の本発明に係る制御方法のタイムチャート図である。 マニュアルダウンシフト時の本発明に係る制御方法の他の例のタイムチャート図である。 ワンウエイクラッチ付きトルクコンバータの概略図である。 従来のマニュアルダウンシフト時の制御方法のタイムチャート図である。

符号の説明

１ エンジン
２ 自動変速機
３ トルクコンバータ
４ 変速機構
１１ エンジン出力軸
２０ ＡＴコントローラ
２１ ソレノイド弁
２２ シフトレバー
２３ スイッチ
２４ アクセルペダル
２５ センサ
３１ ポンプインペラ
３２ タービンランナ
３３ ステータ
３４ タービン軸
３７ トーショナルダンパー
３８ ロックアップクラッチ
３９ ワンウエイクラッチ

Claims (2)

1. エンジンの出力軸に連結されたポンプインペラと、タービン軸に接続されたタービンランナと、前記ポンプインペラとタービンランナとの間に直列に介設されたワンウエイクラッチ及びトーショナルダンパーとを備え、前記ワンウエイクラッチは前記タービン軸の回転数がエンジン出力軸の回転数を上回る時のみ係合状態となり、前記トーショナルダンパーはエンジン出力軸とタービン軸との間の捩れ振動を吸収するものである、トルクコンバータを備えた自動変速機において、
   アクセル全閉での走行中であることを検出する工程と、
   前記アクセル全閉での走行中、手動操作によって、前記自動変速機のＮレンジからＤレンジへの切替、ＮレンジからＲレンジへの切替、もしくはダウンシフト変速の指令が出たことを検出する工程と、
   前記手動操作による前記変速指令時に、エンジン回転数が変速後のタービン回転数に相当する目標値の近傍値まで上昇した時点で、前記変速指令により係合される係合要素の油圧を一時的に減圧する工程と、を備えることを特徴とする自動変速機の制御方法。
2. エンジンの出力軸に連結されたポンプインペラと、タービン軸に接続されたタービンランナと、前記ポンプインペラとタービンランナとの間に直列に介設されたワンウエイクラッチ及びトーショナルダンパーとを備え、前記ワンウエイクラッチは前記タービン軸の回転数がエンジン出力軸の回転数を上回る時のみ係合状態となり、前記トーショナルダンパーはエンジン出力軸とタービン軸との間の捩れ振動を吸収するものである、トルクコンバータを備えた自動変速機において、
   アクセル全閉での走行中であることを検出する工程と、
   前記アクセル全閉での走行中、手動操作によって、前記自動変速機のＮレンジからＤレンジへの切替、ＮレンジからＲレンジへの切替、もしくはダウンシフト変速の指令が出たことを検出する工程と、
   前記手動操作による前記変速指令時に、変速指令時のタービン回転数と変速後のタービン回転数との差回転が大きい程、前記変速指令により係合される係合要素の油圧の立ち上がりを緩やかに制御する工程と、を備えることを特徴とする自動変速機の制御方法。

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