JP3698993B2 - 歯車式自動変速装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、クラッチを切換制御するための歯車式自動変速装置に関し、特にクラッチの経時劣化にかかわりなく、ギア段切換時に発生するショックを低減した歯車式自動変速装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、歯車式変速機を用いた自動変速装置は種々提案されており、たとえば特開昭63−270252号公報に記載された制御装置においては、電磁クラッチのオンオフ操作により、エンジンの駆動力を歯車式変速機に入力している。
【0003】
また、上記公報に記載の制御装置の場合、エンジンの変速時において、一対の油圧電磁弁の作動組み合わせを用いており、セレクト用の3位置油圧シリンダを駆動して変速ギアを選択するとともに、シフト用の3位置油圧シリンダを駆動して変速ギア段を切換えている。
【0004】
また、従来のクラッチ制御装置として、たとえば特開昭60−35633号公報に参照されるものがあり、この場合、電磁クラッチを一定速度で接続制御しており、クラッチ接続および解放の性能は、クラッチ使用中の劣化(摩耗など)により時間経過とともに徐々に変化する。
【0005】
したがって、たとえば、電磁クラッチに同じ電流を流しても、その電磁クラッチが使用後の場合と新品の場合とでは、クラッチ結合力性能が異なってしまうことになる。
【0006】
特に、クラッチを一定速度(オープンループ)制御で接続した場合、クラッチが新品の状態においてギア段切換時のショック発生を低減するように制御されていても、クラッチが劣化(摩耗)するにつれて、ギア段切換時のショックが発生するおそれがある。
【0007】
また、電磁クラッチの個体差によってもクラッチ結合力にバラツキがあるので、上記オープンループ制御の場合には、個体差を考慮して、ギア段切換時に発生するショックを低減するようにクラッチ接続速度をあらかじめ決定する必要がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従来の歯車式自動変速装置は以上のように、クラッチの経時劣化により、ギア段切換時にショックが発生するおそれがあるという問題点があった。
【0009】
また、オープンループ制御の場合に、電磁クラッチの個体差によるクラッチ結合力のバラツキを考慮して、ギア段切換時のショック発生を低減するようにクラッチ接続速度をあらかじめ決定しなければならないという問題点があった。
【0010】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、クラッチの経時劣化にかかわりなく、ギア段切換時に発生するショックを低減した歯車式自動変速装置を得ることを目的とする。
【0011】
また、この発明は、個体差にかかわりなく、ギア段切換時のショック発生を低減するように、クラッチ接続速度を制御可能な歯車式自動変速装置を得ることを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項1に係る歯車式自動変速装置は、エンジンの回転出力を選択された変速比で出力する歯車式変速機と、エンジンの出力軸から歯車式変速機の入力軸への動力の伝達および遮断を行うクラッチ手段と、歯車式変速機に対するギア切換用のシフトアクチュエータと、歯車式変速機のギア変速段のシフト・セレクト位置を検出するシフト・セレクトポジションセンサと、シフト・セレクト位置をモニタしながら、運転者により選択されたシフトレバー位置に応じてシフトアクチュエータを駆動して、歯車式変速機を目標変速段に自動的に切換えるためのコントロールユニットとを備え、コントロールユニットは、歯車式変速機のギア段切換後に、エンジンの回転速度と変速機の入力軸の回転速度との偏差をスリップ回転速度として、スリップ回転速度の変化量のフィードバック制御に基づいてクラッチ手段を接続させる歯車式自動変速装置であって、コントロールユニットは、複数の制御区間に続く最後の制御区間において、クラッチ手段に対する指示電流値をオープンループ制御により演算するものである。
【0017】
また、この発明の請求項2に係る歯車式自動変速装置は、請求項1において、コントロールユニットは、最後の制御区間の終了条件を満たす場合に、クラッチ手段の接続完了処理を実行するものである。
【0018】
また、この発明の請求項3に係る歯車式自動変速装置は、請求項2において、コントロールユニットは、クラッチ手段に対する励磁電流が目標値に到達した時点で、最後の制御区間の終了条件を満たしたことを判定するものである。
【0019】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態1について詳細に説明する。
図1はこの発明の実施の形態1を示すブロック構成図である。
【0020】
図1において、エンジン1の出力軸すなわちクランク軸21には、電磁クラッチ2が設けられ、電磁クラッチ2の出力軸22には、歯車式変速機3が設けられている。
【0021】
電磁クラッチ2の出力軸22は、変速機入力軸となっている。
歯車式変速機3からの変速機出力軸23には、車両のタイヤ(図示せず)が接続される。
【0022】
エンジン1、電磁クラッチ2および歯車式変速機3は、マイクロコンピュータからなるコントロールユニット4により制御されている。 歯車式変速機3には、シフト・セレクトアクチュエータ5およびシフト・セレクトポジションセンサ6が設けられている。
【0023】
シフト・セレクトアクチュエータ5は、歯車式変速機3の変速操作を行い、シフト・セレクトポジションセンサ6は、歯車式変速機3のシフト・セレクト位置を検出する。
【0024】
運転者により操作されるアクセルペダル(図示せず)には、アクセル踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ7が設けられている。
また、運転者により操作されるシフトレバー8は、シフトレバー位置を出力している。
【0025】
歯車式変速機3の出力軸には、変速機出力軸回転センサ9が設けられており、変速機出力軸回転センサ9は、変速機出力軸23の回転速度を検出している。
【0026】
シフト・セレクトポジションセンサ6、アクセルポジションセンサ7、シフトレバー8および変速機出力軸回転センサ9の出力信号は、コントロールユニット4に入力されている。
【0027】
エンジン1の吸気管11には、スロットルバルブ12が設けられており、スロットルバルブ12の開度は、スロットルアクチュエータ10により駆動制御されている。
【0028】
コントロールユニット4は、各種センサからの入力信号に応じて、シフト・セレクトアクチュエータ5を制御して歯車式変速機3を制御するとともに、スロットルアクチュエータ10を制御することにより、エンジン1の出力を制御する。
【0029】
たとえば、コントロールユニット4は、アクセル踏み込み量に比例したアクセルポジションセンサ7の出力信号を処理して、アクセル踏み込み量に応じた目標スロットル開度を演算してスロットルアクチュエータ10を駆動し、スロットル開度が目標位置となるようにスロットルバルブ12をフィードバック制御する。
【0030】
電磁クラッチ2は、コントロールユニット4の制御下で、クラッチ伝達トルクに比例したクラッチ磁励磁電流が供給されることにより、クランク軸21から変速機入力軸22への動力の伝達および遮断を制御する。
【0031】
なお、ここでは、電磁クラッチ2を用いているが、電磁クラッチ2に代えて、油圧駆動式クラッチを用いてもよい。
【0032】
歯車式変速機3は、図示されていないが、たとえば、ギア比の異なる5組の前進用変速歯車と、1組の後退用変速歯車とを備えている。
歯車式変速機3は、コントロールユニット4の制御下で、ギア切換用のシフト・セレクトアクチュエータ5により変速操作され、目標変速段となるようにフィードバック制御される。
【0033】
コントロールユニット4は、アクセルポジションセンサ7からのアクセル踏み込み量と、シフトレバー8の位置信号(スイッチ信号)と、変速機出力軸回転センサ9からの変速機出力軸23の回転速度とを取り込み、変速機シフトパターン(図示せず)に基づいて車両走行状態に適した変速段を決定する。
【0034】
また、コントロールユニット4は、シフト・セレクトポジションセンサ6の検出信号からシフト・セレクト位置を確認しつつ、シフト・セレクトアクチュエータ5に対する制御信号を出力して、目標変速段となるように、歯車式変速機3の変速操作を行う。
【0035】
次に、図2のタイミングチャートを参照しながら、図1に示したこの発明の実施の形態1によるクラッチ接続制御動作について説明する。
図2はエンジン1(クランク軸21)の回転速度、変速機入力軸22の回転速度、目標スリップ回転速度の変化量およびクラッチ電流の各時間変化を示している。
【0036】
図2は歯車式変速機3の変速ギア段切換終了後にクラッチ制御を行う場合を示しており、各制御区間をA区間〜D区間に分割している。
図2のように、電磁クラッチ2のクラッチ制御は、たとえば4つの区間に分けて行われ、制御区間は、A区間→B区間→C区間→D区間へと遷移する。
【0037】
まず、クラッチ接続制御開始時のA区間においては、スリップ回転速度(エンジン回転速度と変速機入力軸回転速度との偏差)の変化量が小さくなるようにフィードバック制御が行われる。
これにより、クラッチ接続開始時のショックを低減することができる。
【0038】
その後、B区間に示すように、クラッチ接続開始からしばらく時間が経過すれば、スリップ回転速度変化量を或る程度大きくしてもショックは発生しにくいので、もっぱら変速時間の短縮を考慮して目標スリップ回転速度変化量を設定し、フィードバック制御を行う。
【0039】
次に、C区間に示すように、エンジン回転速度が歯車式変速機3の入力軸22の回転速度に接近してくると、両者の回転をショックなく結合するために、目標スリップ回転速度変化量を小さく設定して、フィードバック制御する。
【0040】
最後に、D区間に示すように、エンジン回転速度と入力軸回転速度とが一致した後は、クランク軸21から変速機入力軸22に動力を十分に伝達できるクラッチ励磁電流値を目標値として、一定速度のオープンループ制御で指示電流値を増加させる。
【0041】
このとき、目標クラッチ電流ITGT[A]のフィードバック制御演算は、以下の(1)式に基づいて実行される。
【0042】
ITGT=(Ii)n+KP・{(dNslp/dt)o−(dNslp/dt)n}+KD・{(dNslp/dt)(n−1)−(dNslp/dt)n}・・・(1)
【0043】
ただし、(1)式において、(Ii)n[A]は今回演算時の目標クラッチ電流の積分項、KP[A/(r/min/10ms)]は比例ゲイン、(dNslp/dt)o[r/min/10ms]は目標スリップ回転速度変化量、(dNslp/dt)n[r/min/10ms]は今回演算時のスリップ回転速度変化量、KD[A/(r/min/10ms)]は微分ゲイン、(dNslp/dt)(n−1)[r/min/10ms]は前回演算時のスリップ回転速度変化量である。
【0044】
なお、今回演算時の目標クラッチ電流の積分項(Ii)n[A]は、以下の(2)式に基づいて演算される。
【0045】
(Ii)n=(Ii)(n−1)+KI・{(dNslp/dt)o−(dNslp/dt)n}・・・(2)
【0046】
ただし、(2)式において、(Ii)(n−1)[A]は前回演算時の目標クラッチ電流の積分項、KI[A/(r/min/10ms)]は積分ゲインである。
【0047】
次に、図3を参照しながら、この発明の実施の形態1による基本的なクラッチ接続制御の判定処理動作について説明する。 図3はこの発明の実施の形態1によるクラッチ接続制御の判定処理動作を示すフローチャートであり、図3の処理ルーチンは、たとえば10ms毎に実行される。
【0048】
図3において、まず、歯車式変速機3の変速ギア段切換後のクラッチ接続要求があるか否かを判定し(ステップS1)、クラッチ接続要求がない(すなわち、No)と判定されれば、そのまま図3の処理ルーチンを終了する。
【0049】
一方、ステップS1において、クラッチ接続要求がある(すなわち、Yes)と判定されれば、続いて、今回のクラッチ接続要求が1速から2速への変速要求であるか否かを判定する(ステップS2)。
【0050】
ステップS2において、1速→2速の変速である(すなわち、Yes)と判定されれば、1速→2速の変速処理を実行し(ステップS3)、図3の処理ルーチンを終了する。
【0051】
一方、ステップS2において、1速→2速の変速でない(すなわち、No)と判定されれば、他の変速でのクラッチ接続処理が実行される(ステップS4)。
他の変速要求の場合も、図3と同様の処理が実行される。
【0052】
次に、図4を参照しながら、この発明の実施の形態1による1速→2速の変速ギア段切換後のクラッチ接続処理(図3内のステップS3参照)について具体的について説明する。
【0053】
図4はこの発明の実施の形態1による1速→2速の変速ギア段切換後のクラッチ接続制御動作を示すフローチャートである。
【0054】
図4において、まず、1速→2速の変速クラッチ接続制御における制御区間がA区間〜D区間(図2参照)のいずれかであるかを判定し(ステップS10)、A区間〜C区間のいずれかであると判定されれば、各制御区間での目標スリップ回転速度変化量を設定する(ステップS11、S21、S31)。
【0055】
また、ステップS10において、制御区間がD区間であると判定されれば、クラッチ指示電流増加量を設定する(ステップS41)。
【0056】
次に、A区間〜C区間での各ステップS11、S21、S31の実行後に、前述のフィードバック制御式(1)、(2)に基づいて、電磁クラッチ2の指示電流値を演算する(ステップS50)。
【0057】
また、D区間でのステップS41の実行後に、フィードバック制御を実行しないオープンループ制御に基づいて、電磁クラッチ2の指示電流値を演算する(ステップS51)。
【0058】
次に、上記各ステップS50、S51に続いて、A区間〜D区間の各終了条件を満たすか否かを判定する(ステップS12、S22、S23、S24)。
【0059】
ステップS12においては、A区間の終了条件(たとえば、200msが経過したか)を判定し、A区間の終了条件を満たす(すなわち、Yes)と判定されれば、制御区間をB区間に更新して(ステップS13)、図4の処理ルーチンを終了する。
【0060】
ステップS22においては、B区間の終了条件として、たとえば、スリップ回転速度(エンジン回転速度と変速機入力軸回転速度との速度偏差)が300r/min以下か否かを判定し、B区間の終了条件を満たす(すなわち、Yes)と判定されれば、制御区間をC区間に更新して(ステップS23)、図4の処理ルーチンを終了する。
【0061】
ステップS32においては、C区間の終了条件として、たとえば、スリップ回転速度が10r/min以下か否かを判定し、C区間の終了条件を満たす(すなわち、Yes)と判定されれば、制御区間をD区間に更新して(ステップS33)、図4の処理ルーチンを終了する。
【0062】
また、ステップS42においては、D区間の終了条件(たとえば、クラッチ励磁電流が目標値に到達したか)を判定、D区間の終了条件を満たす(すなわち、Yes)と判定されれば、クラッチ接続制御の完了処理を実行して(ステップS43)、図4の処理ルーチンを終了する。
【0063】
一方、各ステップS50、S51において、各制御区間の終了条件を満たさない(すなわち、No)と判定されれば、直ちに図4の処理ルーチンを終了する。
【0064】
このように、歯車式変速機3のギア段切換後の電磁クラッチ2の接続制御を、スリップ回転速度変化量のフィードバック制御に基づいて実行することにより、電磁クラッチ2の劣化および摩耗によるギア段切換時のショック発生を防止することができる。
【0065】
また、電磁クラッチ2の個体差による結合力のバラツキを考慮することなく、電磁クラッチ2の接続制御を実行することができる。
【0066】
【発明の効果】
以上のように、この発明の請求項1によれば、エンジンの回転出力を選択された変速比で出力する歯車式変速機と、エンジンの出力軸から歯車式変速機の入力軸への動力の伝達および遮断を行うクラッチ手段と、歯車式変速機に対するギア切換用のシフトアクチュエータと、歯車式変速機のギア変速段のシフト・セレクト位置を検出するシフト・セレクトポジションセンサと、シフト・セレクト位置をモニタしながら、運転者により選択されたシフトレバー位置に応じてシフトアクチュエータを駆動して、歯車式変速機を目標変速段に自動的に切換えるためのコントロールユニットとを備え、コントロールユニットは、歯車式変速機のギア段切換後に、エンジンの回転速度と変速機の入力軸の回転速度との偏差をスリップ回転速度として、スリップ回転速度の変化量のフィードバック制御に基づいてクラッチ手段を接続させる歯車式自動変速装置であって、コントロールユニットは、複数の制御区間に続く最後の制御区間において、クラッチ手段に対する指示電流値をオープンループ制御により演算するようにしたので、クラッチの経時劣化にかかわりなく、ギア段切換時に発生するショックを低減するとともに、個体差にかかわりなく、ギア段切換時のショック発生を低減するようにクラッチ接続速度を制御できる歯車式自動変速装置が得られる効果がある。
【0071】
また、この発明の請求項2によれば、請求項1において、コントロールユニットは、最後の制御区間の終了条件を満たす場合に、クラッチ手段の接続完了処理を実行するようにしたので、クラッチの経時劣化にかかわりなく、ギア段切換時に発生するショックを低減するとともに、個体差にかかわりなく、ギア段切換時のショック発生を低減するようにクラッチ接続速度を制御できる歯車式自動変速装置が得られる効果がある。
【0072】
また、この発明の請求項3によれば、請求項2において、コントロールユニットは、クラッチ手段に対する励磁電流が目標値に到達した時点で、最後の制御区間の終了条件を満たしたことを判定するようにしたので、クラッチの経時劣化にかかわりなく、ギア段切換時に発生するショックを低減するとともに、個体差にかかわりなく、ギア段切換時のショック発生を低減するようにクラッチ接続速度を制御できる歯車式自動変速装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1を示すブロック構成図である。
【図2】 この発明の実施の形態1によるクラッチ接続制御動作を示すタイミングチャートである。
【図3】 この発明の実施の形態1によるクラッチ接続制御判定処理動作を示すフローチャートである。
【図4】 この発明の実施の形態1による1速から2速への変速時のクラッチ接続制御の判定処理動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 エンジン、2 電磁クラッチ、3 歯車式変速機、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、8 シフトレバー、9 変速機出力軸回転センサ、21 クランク軸、22 変速機入力軸、23 変速機出力軸。

Claims (3)

  1. エンジンの回転出力を選択された変速比で出力する歯車式変速機と、
    前記エンジンの出力軸から前記歯車式変速機の入力軸への動力の伝達および遮断を行うクラッチ手段と、
    前記歯車式変速機に対するギア切換用のシフトアクチュエータと、
    前記歯車式変速機のギア変速段のシフト・セレクト位置を検出するシフト・セレクトポジションセンサと、
    前記シフト・セレクト位置をモニタしながら、運転者により選択されたシフトレバー位置に応じて前記シフトアクチュエータを駆動して、前記歯車式変速機を目標変速段に自動的に切換えるためのコントロールユニットとを備え、
    前記コントロールユニットは、前記歯車式変速機のギア段切換後に、前記エンジンの回転速度と前記変速機の入力軸の回転速度との偏差をスリップ回転速度として、前記スリップ回転速度の時間的な変化量のフィードバック制御に基づいて前記クラッチ手段を接続させる歯車式自動変速装置であって、
    前記コントロールユニットは、前記複数の制御区間に続く最後の制御区間において、前記クラッチ手段に対する指示電流値をオープンループ制御により演算することを特徴とする歯車式自動変速装置。
  2. 前記コントロールユニットは、前記最後の制御区間の終了条件を満たす場合に、前記クラッチ手段の接続完了処理を実行することを特徴とする請求項1に記載の歯車式自動変速装置。
  3. 前記コントロールユニットは、前記クラッチ手段に対する励磁電流が目標値に到達した時点で、前記最後の制御区間の終了条件を満たしたことを判定することを特徴とする請求項2に記載の歯車式自動変速装置。
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