JP3595242B2 - 同期噛合式自動変速機の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、変速動作時間を安定して維持することが可能な車両用同期噛合式自動変速機の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両用の同期噛合式自動変速機の制御装置としては、例えば、特開昭６３−２７０２５２号公報にその一例が開示されている。この公報に開示された技術は、電磁クラッチを経由して内燃機関と同期噛合式自動変速機とを結合したものにおいて、変速ギヤの切換に際して電磁クラッチの解放時における内燃機関の回転速度と、電磁クラッチの再結合時における内燃機関の回転速度との変化幅が所定の範囲内に維持されるようにスロットル開度を制御すると共に、この制御量を内燃機関のバラツキや各条件に対応できるように変速操作毎に学習ルーチンにより補正し、変速ショックを軽減するようにしたものである。
【０００３】
この従来例における変速機のギヤ切換を行うシフト装置は、シフト・セレクトレバーを軸方向と回転方向とに操作する一対の三位置油圧シリンダを使用し、セレクト用の三位置油圧シリンダを駆動してシフトロッドの選択を行い、シフト用の三位置油圧シリンダを駆動して選択されたシフトロッドを移動させ、変速段を切り替えるように構成されている。このような油圧式のシフト装置以外にも、二個のモータを使用してシフト駆動とセレクト駆動とを行う電動式の同期噛合式自動変速機も一般的に使用されており、この電動式の同期噛合式自動変速機におけるギヤ段の切換動作は、シフト・セレクトポジションセンサにより検出されたシフト・セレクト位置と、目標とするシフト・セレクト位置との偏差量をパラメータとしてシフト・セレクトアクチュエータの駆動量を制御するもので、この制御には比例要素と積分要素と微分要素とに分けて制御するＰＩＤ制御を用いた位置フィードバック制御を行うのが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようなシフト・セレクト位置を制御して変速ギヤ段を切り替える従来の同期噛合式自動変速機においては、位置フィードバック制御用パラメータの値を設定して位置制御がなされるが、従来装置ではこのパラメータが固定値であったため、構成部品の精度のバラツキや使用環境、さらには経年変化などによりシフト動作に必要な操作量が変化した場合、目標シフト位置に対する実シフト位置の収束性が悪化し、シフト動作に要する時間が長くなって変速時に違和感を与え、運転フィーリングが悪化するという問題を有していた。
【０００５】
この発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、目標シフト位置と実シフト位置との偏差より求めた偏差量の学習値とシフト時間とから制御パラメータを動作毎に更新し、この更新されたパラメータにより次回のシフト制御を実行することにより、シフトに必要な駆動量が変化しても常に短時間にてシフト動作を行うことが可能な同期噛合式自動変速機の制御装置を得ることを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる同期噛合式自動変速機の制御装置は、内燃機関のクランク軸にクラッチ機構を介して結合された入力軸と、この入力軸とギヤ結合された出力軸と、入力軸と出力軸との間に介在し、異なるギヤ比を有する複数組の変速ギヤと、この複数組の変速ギヤのいずれか一つと出力軸とを選択的に結合する結合機構と、この結合機構のシフト位置とセレクト位置とを操作するシフト・セレクトアクチュエータと、このシフト・セレクトアクチュエータによる操作位置を検出するシフト・セレクトポジションセンサと、このシフト・セレクトポジションセンサの検出位置をフィードバックしてシフト・セレクトアクチュエータの操作量を制御するコントロールユニットとを備え、
このコントロールユニットが、シフト・セレクトアクチュエータの実操作量と目標操作量の偏差と、変速操作の経過時間とを検出し、この両者から次回の目標操作量に修正を加えるようにしたものである。
【０００７】
さらに、コントロールユニットによるシフト・セレクトアクチュエータの操作がＰＩＤ制御による位置制御であり、目標操作量がＰＩＤ制御の比例要素分により修正されるようにしたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１ないし図６は、この発明の実施の形態１による同期噛合式自動変速機の制御装置の構成と動作とを説明するもので、図１は変速装置の構成を説明するブロック図、図２は変速装置の構成説明図、図３と図４とは動作説明用の特性図、図５および図６は制御動作を説明するフローチャートである。図１において、１は車両に搭載された内燃機関、２は内燃機関１のクランク軸１ａに設けられ、内燃機関１と同期噛合式の自動変速機３とを結合する電磁クラッチ、４は自動変速機３を制御するコントロールユニット、５はコントロールユニット４に制御され、後述するように自動変速機３のギヤ結合を操作するシフト・セレクトアクチュエータ、６はシフト・セレクトアクチュエータ５の動作位置を検出するシフト・セレクトポジションセンサである。
【０００９】
また、７は内燃機関１の吸気通路８に設けられたスロットル弁９の開度を検出するスロットルポジションセンサ、１０は図示しないアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ、１１はアクセルポジションセンサ１０の出力に応じて、また、変速操作時には所定のプログラムでコントロールユニット４に駆動され、スロットル弁９の開度を操作するスロットルアクチュエータ、１２はコントロールユニット４に運転者のシフト操作位置を指令するシフトレバーである。
【００１０】
自動変速機３は、電磁クラッチ２に結合された入力軸１３と、この入力軸１３とはプライマリギヤセット１４により結合されたカウンタ軸１５と、車両を駆動する出力軸１６と、カウンタ軸１５と出力軸１６との間にそれぞれ対として設けられた一速ギヤセット１７と、二速ギヤセット１８と、三速ギヤセット１９と、五速ギヤセット２０と、後進ギヤセット２１と、出力軸１６に回転方向には固定され、軸方向に移動可能に装着された結合機構であるスリーブギヤ２２ａ、２２ｂ、２２ｃとから構成されている。各ギヤセット１７、１８、１９、２０、２１の一方のカウンタ軸１５側のギヤはカウンタ軸１５に固定されており、他方の出力軸１６側のギヤは出力軸１６に回転自在に装着され、スリーブギヤ２２との係合により出力軸１６に個別に固定されるように構成されている。
【００１１】
２３は入力軸１３の回転速度を検出する入力軸回転速度センサ、２４は出力軸１６の回転速度を検出する出力軸回転速度センサである。また、電磁クラッチ２は励磁電流に比例した伝達トルクを発生し、コントロールユニット４に制御されて内燃機関１のクランク軸１ａと自動変速機３の入力軸１３との間の動力の伝達と遮断とを行うように構成されている。
【００１２】
シフト・セレクトアクチュエータ５による自動変速機３の操作の概要を示したのが図２の構成説明図である。シフト・セレクトアクチュエータ５はシフトアクチュエータ５１とセレクトアクチュエータ５４とからなり、シフトアクチュエータ５１はシフトモータ５２と減速機５３とから構成され、シフトポジションセンサ６１によりシフト位置を検出しながらスリーブギヤ２２を一速、三速、五速側と、ニュートラル位置と、二速、四速、後進側との三位置にシフトする。また、セレクトアクチュエータ５４はセレクトモータ５５と減速機５６とからなり、セレクトポジションセンサ６２によりセレクト位置を検出しながらスリーブギヤ２２ａと、２２ｂと、２２ｃとを選択するように構成されている。
【００１３】
自動変速機３の各ギヤセット１７、１８、１９、２０は前進用であり、それぞれが異なるギヤ比を有し、この実施の形態では前進五段、後進一段の場合を構成例として示している。各ギヤセット１７、１８、１９、２０、２１と出力軸１６とを個別に固定するスリーブギヤ２２は、プライマリギヤセット１４と三速ギヤセット１９との間にはスリーブギヤ２２ａが、一速ギヤセット１７と二速ギヤセット１８との間にはスリーブギヤ２２ｂが、五速ギヤセット２０と後進ギヤセット２１との間にはスリーブギヤ２２ｃが設けられており、セレクトアクチュエータ５４によりスリーブギヤ２２ａ、２２ｂ、２２ｃのいずれか一つが選択され、シフトアクチュエータ５１によりいずれかの側に移送されることにより一速から五速までの前進ギヤのいずれか、あるいは、後進ギヤが選択され、また、ニュートラル位置が選択される。なお、図１の構成では、四速はプライマリギヤセット１４と出力軸１３とが結合されるようになっている。
【００１４】
図３はシフトポジションセンサ６１のシフト位置と出力電圧との関係を示し、図４はセレクトポジションセンサ６４のセレクト位置と出力電圧との関係を示すものである。シフトポジションセンサ６１は、スリーブギヤ２２が一速、三速、五速側にあるときには電圧ＶＹＡを出力し、これがコントロールユニット４によるシフト制御時の目標位置電圧となる。同様にニュートラル位置では電圧ＶＹＢが、また、二速、四速、後進側にあるときには電圧ＶＹＣがシフトポジションセンサ６１の出力電圧であり、シフト制御時の目標位置電圧となる。また、セレクトポジションセンサ６４は五速と後進との切換を行うスリーブギヤ２２ｃのセレクト時の出力と目標位置電圧はＶＸＣであり、三速と四速との切換を行うスリーブギヤ２２ａのセレクト時は電圧ＶＸＢが、一速と二速との切換を行うスリーブギヤ２２ｂのセレクト時は電圧ＶＸＡがそれぞれ出力と目標位置電圧となる。
【００１５】
コントロールユニット４による変速操作は、シフトレバー１２の位置信号と、アクセルポジションセンサ１０の信号と、入力軸回転速度センサ２３と出力軸回転速度センサ２４の各回転速度信号と内燃機関の回転速度信号とを入力し、コントロールユニット４に記憶されたシフトパターンにより走行状態に適合した変速段を決定し、シフト・セレクトポジションセンサ６によりシフト・セレクト位置を検出しながらシフト・セレクトアクチュエータ５を操作することにより実行される。
【００１６】
この操作はまず、電磁クラッチ２の励磁電流をオフして自動変速機３をパワーオフ状態とし、シフト・セレクトアクチュエータ５に動作指令を与えてスリーブギヤ２２を選択操作し、それまでのギヤセットの結合を解放して決定された変速段のギヤセットを結合する。この結合完了がシフト・セレクトポジションセンサ６で検出されると電磁クラッチ２を再結合する。この間においては電磁クラッチ２のオフと共にスロットルアクチュエータ１１が操作されてスロットル弁９が絞られ、電磁クラッチ２の再結合時には内燃機関の回転速度と出力軸回転速度センサ２４の出力信号からスロットル弁９が所定の位置まで開かれる。
【００１７】
このような構成と動作とを有するこの発明の実施の形態１の同期噛合式自動変速機の制御装置において、コントロールユニット４は図５のフローチャートに示すような変速位置の制御を行う。なお、以降では二速から三速にシフトする場合を動作の一例として説明する。二速ギヤで走行中にコントロールユニット４が三速ギヤに適合した走行状態であると判定した場合、まず、ステップ５０１にてシフト位置がニュートラル位置に移行しているかどうかをシフトポジションセンサ６１の電圧がＶＹＢであるかどうかを検出して判定する。移行が行われていなければステップ５０２にてシフト位置をニュートラルに移行すべくフィードバック制御してステップ５０１に戻り、ニュートラル位置に移行しておればステップ５０３に進み、セレクト位置が三速・四速位置に移行しているかどうかをセレクト位置電圧ＶＸＢの検出により判定する。
【００１８】
セレクト位置が三速、四速位置に移行していなければステップ５０４にてセレクト位置を三速、四速位置に移行すべくフィードバック制御してステップ５０３に戻り、セレクト位置の移行が完了しておればステップ５０５に進む。ステップ５０５ではシフト位置が一速、三速、五速側に移行が完了しているかどうかをシフト位置電圧ＶＹＡにより判定し、移行していなければステップ５０６にてシフト位置を移行すべくフィードバック制御し、さらに後述するようにステップ５０７にて比例ゲイン値の更新処理を行い、ステップ５０５に戻ってシフト位置移行の完了を確認してシフト操作を完了する。
【００１９】
ここでのシフト位置のフィードバック制御はＰＩＤ制御による位置フィードバック制御であり、ＰＩＤ制御による制御量は、
制御量＝ＫＰ×ΔＶｄ＋ＫＩ×∫ΔＶｄ・ｄｔ＋ＫＶ×ｄ（ΔＶｄ）／ｄｔ
にて示される。
ここで、ＫＰは比例ゲイン値、ＫＩは積分ゲイン値、ＫＶは微分ゲイン値、ΔＶｄはシフト位置センサにより検出された目標シフト位置と実シフト位置との偏差である。
【００２０】
ステップ５０７における比例ゲイン値ＫＰの更新処理は図６のフローチャートに示すように行われる。まず、ステップ６０１では図５のフローチャートのステップ５０５での位置フィードバック制御によるシフト位置が目標シフト位置に到達しているかどうかを判定する。シフトが終了していなければステップ６０２にて現時点でのシフト位置と前回のシフト位置とを比較し、今回シフト位置＞前回シフト位置であればステップ６０３にて両者の偏差ΔＶ２を演算する。これによりシフト開始からシフト終了までの偏差が演算され、続いてステップ６０４においてシフト開始時間（ｔ０）からのシフト経過時間Δｔ２が演算される。
【００２１】
ステップ６０１にてシフトの終了が判定されるとステップ６０５に進み、シフト経過時間が予め設定された所定時間内であったかどうかを判定し、これが所定時間内であれば正常な状態にあると判断して処理を終了する。ステップ６０５にて予め設定された所定時間内でシフトが終了していなければステップ６０６に進み、０＜ΔＶ２であるかどうかを判定し、０＜ΔＶ２であればステップ６０７にて偏差量ΔＶ２に偏差比例ゲイン減分係数（−ｋ１）を乗じた値を比例ゲイン増減量ΔＫＰとする。また、ステップ６０６にて０＞ΔＶ２であるときにはステップ６０８に進み、シフト経過時間Δｔ２にシフト時間比例ゲイン増分係数Ｋ２を乗じた値を比例ゲイン増減量ΔＫＰとする。
【００２２】
比例ゲイン増減量ΔＫＰが設定された後にステップ６０９に進み、ここでは比例ゲイン増減量ΔＫＰとその最大制限値ΔＫＰｍａｘとを比較し、ΔＫＰ＞ΔＫＰｍａｘであればステップ６１０にて値に制限を加え、比例ゲイン増減量ΔＫＰの最大値をΔＫＰｍａｘとする。ステップ６１１ではすでに設定されていた比例ゲイン値のＫＰに比例ゲイン増減量ΔＫＰを加えて値を更新し、新たな比例ゲイン値ＫＰとする。
【００２３】
このようにシフト操作に所定時間以上を必要とした場合には比例ゲイン値を更新することにより、次回同じシフト操作、すなわち、二速から三速にシフトが行われるときにはこの更新された比例ゲイン値により制御が行われることになり、前回の制御よりは収束性が向上し、短時間にてシフト作業が完了して変速時に違和感を与えず、良好なフィーリングが得られることになる。なお、この実施の形態では電動式の同期噛合式自動変速機を例として説明したが、従来例にて説明した油圧式の同期噛合式自動変速機においてもこの制御を適用することが可能であり、同様の効果を得ることができるものである。
【００２４】
【発明の効果】
以上に説明したようにこの発明の同期噛合式自動変速機の制御装置によれば、シフトアクチュエータによるシフト位置のフィードバック制御時に目標シフト位置と実シフト位置との偏差量とシフト時間とを検出し、この検出量に応じて次回操作時の目標シフト量となる制御パラメータを更新するようにしたので、構成部品の精度バラツキや使用環境、さらには経年変化などによりシフト時の必要駆動量が変化しても常に短時間内にシフト操作が行えることになり、変速時に違和感を与えず、良好な変速フィーリングが得られる同期噛合式自動変速機の制御装置が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の同期噛合式自動変速機の制御装置の構成を説明するブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１の同期噛合式自動変速機の制御装置の変速機の構成説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１の同期噛合式自動変速機の制御装置の動作説明用の特性図である。
【図４】この発明の実施の形態１の同期噛合式自動変速機の制御装置の動作説明用の特性図である。
【図５】この発明の実施の形態１の同期噛合式自動変速機の制御装置の動作説明用のフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態１の同期噛合式自動変速機の制御装置の動作説明用のフローチャートである。
【符号の説明】
１ 内燃機関、１ａ クランク軸、２ 電磁クラッチ、３ 自動変速機、
４ コントロールユニット、５ シフト・セレクトアクチュエータ、
６ シフト・セレクトポジションセンサ、７スロットルポジションセンサ、
９ スロットル弁、１０ アクセルポジションセンサ、
１１ スロットルアクチュエータ、１３ 入力軸、１５ カウンタ軸、
１６ 出力軸、１４、１７〜２１ ギヤセット、
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ スリーブギヤ、２３ 入力軸回転速度センサ
２４ 出力軸回転速度センサ、５１ シフトアクチュエータ、
５２ シフトモータ、５３、５６ 減速機、
５４ セレクトアクチュエータ、５５ セレクトモータ、
６１ シフトポジションセンサ、６２ セレクトポジションセンサ。

Claims (2)

1. 内燃機関のクランク軸にクラッチ機構を介して結合された入力軸、この入力軸とギヤ結合された出力軸、前記入力軸と前記出力軸との間に介在し、異なるギヤ比を有する複数組の変速ギヤ、この複数組の変速ギヤのいずれか一つと前記出力軸とを選択的に結合する結合機構、この結合機構のシフト位置とセレクト位置とを操作するシフト・セレクトアクチュエータ、このシフト・セレクトアクチュエータによる操作位置を検出するシフト・セレクトポジションセンサ、このシフト・セレクトポジションセンサの検出位置をフィードバックして前記シフト・セレクトアクチュエータの操作量を制御するコントロールユニットを備え、
   このコントロールユニットが、シフト・セレクトアクチュエータの実操作量と目標操作量の偏差と、変速操作の経過時間とを検出し、この両者から次回の目標操作量に修正を加えることを特徴とする同期噛合式自動変速機の制御装置。
2. コントロールユニットによるシフト・セレクトアクチュエータの操作がＰＩＤ制御による位置制御であり、目標操作量がＰＩＤ制御の比例要素分により修正されることを特徴とする請求項１に記載の同期噛合式自動変速機の制御装置。

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