JP2015148235A - 自動変速機のクラッチパック評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クラッチパックにおいてピストンにかかる実効圧及びピストンの傾きを、特殊なセンサ類を用いること無く正確に計測すること。
【解決手段】本発明によると、クラッチパックにおいて、ドラム１０は加えられた油圧によって生じるピストンの変位及び傾きを計測する複数の変位センサ２５からなる変位計測手段２５を備え、変位計測手段２５はドラム１０からのピストン１１の変位及び傾きを検出する。ピストン１１は、本体部の一部をダイヤフラム形状に加工した圧力検出手段２０を備え、圧力検出手段２０は、ダイヤフラム３０の一面側に、油圧室１５に第１の油圧が加えられ、かつ、ダイヤフラム３０の他面側に、第１の油圧の反力となる油圧が発生するようにキャンセラ１２に第２の油圧が加えられた場合に、第１の油圧と第２の油圧の油圧差から生じる実効圧によって生じるダイヤフラム３０の変形を検出することでピストン１１に加えられる実効圧を検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は自動変速機のクラッチパック評価装置に関し、特にクラッチパック内のクラッチの油圧制御を評価する評価装置に関する。

自動変速機の構成部分で、クラッチ機構をパッケージ化したクラッチパックがある。図１は、クラッチパック３００の一部の断面図である。クラッチパック３００に外部からドラム８０とピストン８１の間に形成される油圧室８５に油圧を加えることにより、クラッチパック３００内においてピストン８１が移動し、クラッチプレート８３と摩擦板８４とを挟み、ドラム８０側の動力を出力軸側８６に動力を伝達させる。自動変速機において、より適切な制御を実現するためには該ピストン８１に加わる油圧を確実に制御することが求められている。

次世代自動変速機では、変速制御開発において、制御パラメータ等の適合工数を削減することが重要となっている。このため、該変速制御開発において従来のマップ取得による定数設計から、運動方程式によるモデルを駆使したモデルベース制御による定数設計への転換を図っている。モデルベース制御の実現には、変速制御の肝となるクラッチパック詰め（クラッチプレートが摩擦材と当接する（詰まる）状態）時のピストンの挙動と、ピストンの挙動に影響を与える油圧を計測することによるモデル検証が必要である。クラッチパック詰め現象の前後では、油圧の応答が大きく変化するためである。

特許文献１は、クラッチパック詰め現象のモデル化のためのパラメータ同定システムが記載されている。該システムによると、トランスミッションの油圧制御装置内の油圧波形、クラッチパック内のピストン位置を実機に実装した状態で計測し、シミュレーション結果と比較して、制御におけるパラメータの同定を実施している。

特開２００９−２９９８８０号公報

特許文献１にかかるシステムによると、パラメータの同定の際、ピストンを動かすための油圧室の油圧室内油圧と、クラッチパックに設けられた検出口における検出口油圧を用いている。油圧室内の油圧は、バルブボディ内のソレノイドバルブで調整され、油路を介して油圧室内に供給される油圧に加えて、クラッチの回転によって生じる遠心油圧がかかる。しかし、実際にピストンを動かす力は油圧室内の油圧と、クラッチパック内のキャンセラ（図１において８２の部分）内の油圧（遠心油圧）との差分によって発生する。そのため、油圧室内油圧の値はピストンにかかる油圧の実効圧の値と異なっており、モデル同定をする際の最適な値であるとはいえない。

また、検出口油圧を用いる場合、検出口油圧と、実際にクラッチパック詰め現象が起きるクラッチパック内の油圧波形とでは、クラッチパックまでの油路の管路抵抗、シール部の油漏れ、遠心油圧等により差が発生する。また、クラッチの当接時にピストンの面の傾きの程度によっても出力軸のトルクが変動する。従って、クラッチパック詰め現象を検証するためにはピストンにかかる実効圧（＝油圧室内油圧−キャンセラ内油圧）や、ピストンの面の傾きを評価することが必要となるが、クラッチパック内の油圧室内は狭小であり（設置スペースが数ｍｍ程度）、新たにセンサ等を設置することが困難であるという課題がある。
本発明は、クラッチパック詰め現象を検証するためのピストンにかかる実効圧及びピストンの傾きを、特殊なセンサ類を用いること無く正確に計測することができる自動変速機のクラッチパック評価装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様にかかるクラッチパック評価装置は、車両の自動変速機に備えられるクラッチパックにおいて、ドラムは加えられた油圧によって生じるピストンの変位を計測する変位計測手段を備え、前記ピストンは、本体部の一部をダイヤフラム形状に加工した圧力検出手段を備え、前記圧力検出手段は、前記ダイヤフラムの一面側に、前記ドラムと前記ピストンとの間に形成される油圧室に第１の油圧が加えられ、かつ、前記ダイヤフラムの他面側に、前記ピストンに加えられる前記第１の油圧の反力となる油圧が発生するように前記ピストンの油圧室と対向する側に設けられたキャンセラに第２の油圧が加えられた場合に、前記第１の油圧と前記第２の油圧の油圧差から生じる実効圧によって生じる前記ダイヤフラムの変形を検出することで前記ピストンに加えられる前記実効圧を検出し、検出された前記実効圧および前記変位の計測結果からクラッチパック詰め現象の評価を行う。

本発明によると、クラッチパック詰め現象を検証するためのピストンにかかる実効圧及びピストンの傾きを、特殊なセンサ類を用いること無く正確に計測することができる自動変速機のクラッチパック評価装置を提供することができる。

一般的なクラッチパックの構成を示した図である。 本発明の実施の形態１にかかるクラッチパック評価装置を示した図である。 本発明の実施の形態１にかかる圧力検出手段の拡大図である。 本発明の実施の形態１にかかるクラッチパック評価装置単体の状態で計測した圧力と歪みセンサ出力との関係を示した図である。 本発明の実施の形態１にかかるクラッチパック評価装置を実機に実装する場合の形態を示した図である。 本発明の実施の形態１にかかるピストンに加わる実効圧と検出口圧とを比較したグラフである。 本発明の実施の形態１にかかるピストンに加わる実効圧と検出口圧とを比較したグラフである。 本発明の実施の形態１にかかるクラッチパック評価装置内のピストンに加わる実効圧とピストンの変位とを比較したグラフである。 本発明の実施の形態１にかかるクラッチパック評価装置内のピストンに加わる実効圧とピストンの変位とを比較したグラフである。 本発明の実施の形態１にかかるクラッチパック評価装置を用いたクラッチパック詰め現象のシミュレーションモデルを作成する方法を示したフローチャートである。 本発明の実施の形態２にかかるクラッチパック評価装置を示した図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図２は、本発明の実施の形態１にかかるクラッチパック評価装置１００を示した図である。クラッチパック評価装置１００は、ドラム１０側に伝達された動力を出力軸側１６に伝達するクラッチパックのクラッチパック詰め現象を評価する装置である。クラッチパック評価装置１００は、ドラム１０と出力軸側１６とを備える。ドラム１０は、外部から入力される動力を伝達し、回転する。ドラム１０はピストン１１の変位を計測する変位計速手段２５を備える。変位計速手段２５については後に説明する。

ピストン１１は、ドラム１０と連動して回転する。ピストン１１は、ピストン１１とドラム１０との間に形成される油圧室１５に加えられた油圧によってリターンスプリング１７を押し下げる方向にスライド（変位）する。変位したピストン１１は、複数のクラッチプレート１３を押し込み、スライドさせる。ここで、クラッチプレート１３はドラム１０の動力を伝達し、かつ、ピストン１１の押し下げ方向に対してスライドが可能となるよう取り付けられている。

スライドしたクラッチプレート１３は、複数のクラッチプレート１３の間に挟まれ、出力軸側１６に取り付けられた複数の摩擦板１４を挟むことで摩擦板１４と当接する（詰まる）。摩擦板１４は出力軸側１６にクラッチプレート１３からの動力を伝達し、かつ、ピストン１１の押し下げ方向に対してスライドが可能とするよう取り付けられている。

クラッチプレート１３と摩擦板１４とが当接することによって、ドラム１０側の動力が出力軸側１６に伝達される。油圧室１５の油圧が開放されると、リターンスプリング１７の反力によりピストン１１が押し戻されるとともに、クラッチプレート１３と摩擦板１４が離隔され、ドラム１０の動力が出力軸側１６に伝わらなくなる。

ピストン１１は、本体部の一部に圧力検出手段２０を備える。圧力検出手段２０は、油圧室１５に加えられた第１の油圧と、キャンセラ１２に加わる遠心油圧（第２の油圧）との圧力差を検出し、ピストン１１に加わる実効圧を検出する。

テレメータ１８は、第１の油圧と第２の油圧を記録し、実効圧を算出し記録する。テレメータ１８は、歪みセンサ３１、３２から出力される信号を増幅するアンプ機能を備える。テレメータ１８はドラム１０に取り付けられ、ドラム１０と共に回転する。テレメータ１８は、小型ロガーとしてもよく、テレメータ１８の代わりにスリップリングを用いて回転するドラムから外部に歪みセンサ３１、３２の信号を取り出してもよい。

図３は、圧力検出手段２０の拡大図である。圧力検出手段２０は、ピストン１１の一部をダイヤフラム形状に加工したダイヤフラム部３０を備える。ダイヤフラム部３０には、ダイヤフラム部３０の変形を検出する歪みセンサ３１、３２が備えられている。ダイヤフラム３０の１面側には油圧室１５がある。ダイヤフラム部３０の他面側にはキャンセラ１２がある。油圧室１５に第１の油圧Ｐ１が加えられると、ピストン１１が移動する。

ピストン１１は一定の距離を変位した後に、クラッチプレート１３と摩擦板１４が当接すると、キャンセラ１２内の第２の油圧Ｐ２とリターンスプリング１７やクラッチプレート１３等の反力により停止する。ここで、ダイヤフラム部３０は第１の油圧Ｐ１と第２の油圧Ｐ２との圧力差によって歪みが生じる。該歪みは歪みセンサ３１、３２で検出することができる。歪みセンサ３１、３２は一般的な歪みゲージ等を用いることができる。

次に、ピストン１１がクラッチ当接時にどれだけ傾いているかを検出する。ピストン１１の傾きはドラム１０のピストン１１と対向する面に複数箇所設けられた変位センサで検出する。図５は、本発明の実施の形態１にかかるクラッチパック評価装置１００を実機に実装する場合の形態を示した図である。変位センサは例えば、渦流式変位センサを用いることができる。変位計測手段２５は例えば、図５に示すように３点に取り付けることができる。このように、変位計測手段２５を用いることにより、実機に実装されたクラッチパック評価装置１００内のピストン１１の面の傾きの動的な計測が可能となる。

次に、本発明の実施の形態１にかかるクラッチパック評価装置１００の実装方法について説明する。
（１）ダイヤフラム３０形状を必要分解能・レンジに合わせて設計する。これは、ピストン１１を加工して形成されるダイヤフラム３０の径Ｒと厚さｔを変えることでダイヤフラム３０から検出される目的の圧力に対する感度を設定する。ここで、感度εは、
ε＝３ＰＲ^２（１−ν^２）／８ｔ^２Ｅ （式１）
（ε：感度、Ｐ：圧力、Ｒ：ダイヤフラム直径、ν：ポアソン比、ｔ：ダイヤフラムの厚さ、Ｅ：ヤング率）で表される。

（２）ピストン１１を加工し、ダイヤフラム３０を形成する。ダイヤフラム３０の形成は、機械加工で切削してもよいし、エッチング処理等を用いてもよい。
（３）ダイヤフラム３０に歪みセンサ３１、３２を貼り付ける。
（４）ドラム１０に複数の変位センサ２５及びテレメータ１８を取り付ける。そして、テレメータ１８と歪みセンサ３１、３２、変位センサ２５とを配線する。
（５）クラッチパック評価装置１００単体の状態で、油圧室１５に加える第１の油圧Ｐ１と歪みセンサの出力値、ピストン１１の変位及び傾きとの関係を計測する。第１の油圧Ｐ１は、クラッチパック評価装置１００外部に設けられた基準圧力センサで計測する。図４は、クラッチパック評価装置１００単体の状態で計測した圧力と歪みセンサ出力との関係を示した図である。
（６）クラッチパック評価装置１００を実機（トランスミッション）に搭載する。
（７）実機の稼動状態で、ピストン１１の実効圧、変位及び傾きを計測する。

図５は、本発明の実施の形態１にかかるクラッチパック評価装置１００を実機に実装する場合の形態を示した図である。図５は、クラッチパック評価装置１００の斜視図とその断面図の一部を示している。図５において、ピストン１１の傾きを計測するためにドラム１０に変位計測手段２５となる変位センサを取り付ける。

次に、実機に実装されたクラッチパック評価装置１００のデータ計測について説明する。クラッチパック評価装置１００を実装したオートマチックトランスミッションを、評価ベンチ（エンジンベンチ、モータベンチ）や、実車に搭載して出力値を評価する。図６、図７は、本発明の実施の形態１にかかるクラッチパック評価装置１００内のピストン１１に加わる実効圧と検出口圧とを比較したグラフである。図６、図７に示すように、従来、モデル同定に用いていた検出口圧は、ピストン実効圧と顕著な差が存在することが分かる。

図８、図９は、本発明の実施の形態１にかかるクラッチパック評価装置１００内のピストン１１に加わる実効圧とピストン１１の変位とを比較したグラフである。図８、図９に示すように複数の変位センサの出力（ＣＨ１〜ＣＨ３）はそれぞれ異なっている。これにより、ピストン１１の面の傾きが検出できる。クラッチパック評価装置１００によると、図８、図９に示すように、ピストン１１に加えられる実効圧とピストン１１の変位及び傾きとの関係を動的に評価し、検証することが可能となる。

次に、クラッチパック評価装置１００を用いたクラッチパック詰め現象のシミュレーションモデルを作成する方法について説明する。図１０は、本発明の実施の形態１にかかるクラッチパック評価装置１００を用いたクラッチパック詰め現象のシミュレーションモデルを作成する方法を示したフローチャートである。

クラッチパック評価装置１００を実機に実装する（Ｓ１００）。実機に実装されたクラッチパック評価装置１００で各種データを計測する（Ｓ１０１）。クラッチパック詰め現象のシミュレーションモデルを構築する（Ｓ１０２）。計測結果とクラッチパック詰め現象のシミュレーションモデルの計算結果とを比較し、シミュレーションモデルの検証を行い、シミュレーションモデルの同定を行う（Ｓ１０３）。

上記の様に、本発明の実施の形態１にかかるクラッチパック評価装置１００によると、ピストン１１自体を圧力検出手段にすることでピストン１１に加えられる実効圧を測定することができる。そして、クラッチパック評価装置１００は、ピストン１１をダイヤフラム形状に加工することにより、特殊なセンサを用いること無く狭小部分の圧力を計測することができる。さらに、ドラム１０に設けられた変位計測手段２５によってピストン１１の変位及び傾きを検出することができる。このようにして、クラッチパック評価装置１００は、実効圧及びピストン１１の変位及び傾きの計測によりクラッチパック詰め現象に用いるシミュレーションモデルの検証および同定の精度を向上させることができる。

実施の形態２
次に、本発明の実施の形態２にかかるクラッチパック評価装置２００について説明する。図１１は、本発明の実施の形態２にかかるクラッチパック評価装置２００を示した図である。クラッチパック評価装置２００は、実施の形態１にかかるクラッチパック評価装置１００と基本的な構成が同じである。従って、図中でクラッチパック評価装置１００と同じ部分は同じ番号を付し、重複する部分の説明は適宜省略する。

図１１において、ドラム４０は、油圧室１５の圧力を検出する油圧室圧力検出手段５０を備える。油圧室圧力検出手段５０は、実施の形態１にかかる圧力検出手段２０と同じようにドラム４０の一部をダイヤフラム加工し、貼り付けられた歪みセンサによって油圧室１５の圧力を検出する。油圧室圧力検出手段５０は油圧室１５に加えられる圧力を検出する点が実施の形態１と異なっている。

図１１において、ピストン４１は、キャンセラ１２の圧力を検出するキャンセラ圧力検出手段５１を備える。キャンセラ圧力検出手段５１は、実施の形態１にかかる圧力検出手段２０と同じようにピストン４１の一部をダイヤフラム加工し、貼り付けられた歪みセンサによってキャンセラ１２の圧力を検出する。このように、クラッチパック評価装置２００においては、油圧室１５、キャンセラ１２に加えられる圧力を別々に検出する点が実施の形態１と異なっている。その他の部分は実施の形態１と同様である。

以上、本発明を上記実施形態および実施例に即して説明したが、上記実施形態および実施例の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。

１０ ドラム
１１ ピストン
１２ キャンセラ
１３ クラッチプレート
１４ 摩擦板
１５ 油圧室
１６ 出力軸側
１７ リターンスプリング
１８ テレメータ
２０ 圧力検出手段
２５ 変位計速手段（変位センサ）
３０ ダイヤフラム部
３１ 歪みセンサ
３２ 歪みセンサ
４０ ドラム
４１ ピストン
５０ 油圧室圧力検出手段
５１ キャンセラ圧力検出手段
１００ クラッチパック評価装置
８０ ドラム
８８ ピストン
８２ キャンセラ
８３ クラッチプレート
８４ 摩擦板
８５ 油圧室
８６ 出力軸側
３００ クラッチパック

Claims (1)

1. 車両の自動変速機に備えられるクラッチパックにおいて、
   ドラムは加えられた油圧によって生じるピストンの変位を計測する複数の変位センサからなる変位計測手段を備え、
   前記変位計測手段は前記複数の変位センサの出力に基づいて前記ドラムからの前記ピストンの変位を検出するとともに前記ドラムの面に対する前記ピストンの面の傾きを検出し、
   前記ピストンは、本体部の一部をダイヤフラム形状に加工した圧力検出手段を備え、
   前記圧力検出手段は、
   前記ダイヤフラムの一面側に、前記ドラムと前記ピストンとの間に形成される油圧室に第１の油圧が加えられ、
   かつ、前記ダイヤフラムの他面側に、前記ピストンに加えられる前記第１の油圧の反力となる油圧が発生するように前記ピストンの油圧室と対向する側に設けられたキャンセラに第２の油圧が加えられた場合に、
   前記第１の油圧と前記第２の油圧の油圧差から生じる実効圧によって生じる前記ダイヤフラムの変形を検出することで前記ピストンに加えられる前記実効圧を検出し、
   検出された前記実効圧および前記変位及び前記傾きの計測結果からクラッチパック詰め現象の評価を行う、
   クラッチパック評価装置。

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