JP3913299B2

JP3913299B2 - 自動変速機用制御装置

Info

Publication number: JP3913299B2
Application number: JP30020096A
Authority: JP
Inventors: 章高木; 勝鈴木; 一志中谷
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-11-12
Filing date: 1996-11-12
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2016-11-12
Also published as: JPH10141484A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液圧制御式の自動変速機用制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エンジン運転状態に応じて摩擦係合要素を係合または解除することにより複数の変速段を切換える液圧制御式の自動変速機用制御装置では、様々な車両状態の条件、例えば車速、エンジン回転数、液温等に基づき自動変速機制御コンピュータ（以下、「自動変速機制御コンピュータ」をＥＣＵという）の指示により変速制御を行っている。このような変速制御において、摩擦係合要素の制御圧は元圧であるライン圧から設定されており、ライン圧はＥＣＵからの指令圧に従ってライン圧制御弁により設定されている。
また、ＥＣＵから電磁弁等に送出される各制御信号の最適制御値は、前述した車速、エンジン回転数、液温等の各条件に応じた実験により得た結果から見つけ出され、ＥＣＵ内のメモリに適合マップとして記憶されている。適合マップから読出された制御値は補完されながら使用される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、押圧力により摩擦係合要素を係合させる液圧ピストンの駆動液圧を上昇させ解除状態から係合状態に摩擦係合要素を移行させる場合、摩擦係合要素の駆動側回転体と従動側回転体との間隙を急速につめる急速充填制御においてライン圧がＥＣＵからの指令圧よりも低下することがある。ライン圧が指令圧よりも低下するとライン圧を元圧として設定される制御圧も低下するので、係合時間が延びたり係合力が不足したりする等の係合不良が起こる恐れがある。
【０００４】
また、前述したように各条件毎に実験から最適制御値を求めるものでは、エンジンの運転状態に応じてパラーメータを振らせて制御値を求める必要があるので、実験に膨大な時間を要する。さらに、得られた制御値から構成されるマップが大きな記憶容量を必要とするので、ＥＣＵのメモリサイズを低減する際の障害となっている。また、異なるエンジンには異なるマップが必要になるので、新しいエンジンが開発されるとその度に実験を行う必要がある。したがって、開発工数および開発費用の低減が困難である。
【０００５】
本発明の目的は、ライン圧の値が変動する場合にも高精度な変速制御を行う自動変速機用制御装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、解除状態から係合状態に移行する摩擦係合要素の充填時間を簡単に求める自動変速機用制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らが様々な実験を行った結果、急速充填制御におけるライン圧の低下は、ライン圧制御弁の応答性ではなく、作動流体の供給源としての液圧ポンプの吐出量と、ピストン室に供給される作動流体の消費流量との収支により決定されることが判った。充填制御においてピストン室に急激に作動流体が供給された直後、ライン圧制御弁は閉弁してライン圧を高めるように作動しているが、この状態でもライン圧は低下したまま上昇しなかった。このライン圧の低下は、液圧ポンプの回転数を上昇させることにより作動流体の吐出量が増加すると指令圧にまで上昇した。つまり、充填制御中のライン圧の低下は、低回転時における液圧ポンプの吐出量不足により発生することが判った。
【０００７】
また本発明者らは、摩擦係合要素が解除状態から係合状態に移行する際における摩擦係合要素を駆動する液圧ピストンの運動方程式を構築し、ＥＣＵ内に予め記憶させておいた充填時間のパラメータである制御装置の諸元値と、作動流体の液温およびエンジン回転数を検出してＥＣＵ内で運動方程式を逐次演算することにより必要な充填時間を算出することを試みた。
【０００８】
液圧ピストンは、慣性抵抗、作動流体の粘性抵抗、液圧ピストンのリターンスプリングの付勢力と作動液圧等の外力とのつり合いで運動が決定される。この内、ピストンおよび作動流体の慣性抵抗が液圧ピストンの運動に与える影響は他の力に対して極めて小さく、実用上無視できる範囲であることが検討の結果明らかになってきた。すなわち、液圧ピストンの運動は液圧およびリターンスプリングの付勢力によって決定される。したがって、微分方程式である運動方程式を解く過渡演算を行うことなく、パラメータを算出式に代入して演算するだけの定常演算で充填時間を算出できることになる。試算の結果、定常演算により過渡演算に対し約５％の誤差で充填時間を算出できることが判明した。このように、算出式にパラメータを代入し簡単な演算で充填時間を算出できるので、演算時間およびメモリ容量を低減できるという効果がある。
【０００９】
本発明の自動変速機用制御装置によると、温度センサの検出した流体温度から粘性係数を算出し、粘性係数を変数として消費流量を算出し、液圧ポンプの回転数と作動流体の消費流量とからライン圧を算出している。したがって、例えば低回転時における液圧ポンプの吐出量不足によりライン圧が低下してもこの低下したライン圧を算出することができるので、変動するライン圧に応じて摩擦係合要素を高精度に液圧制御可能である。
【００１０】
そして、解除状態から係合状態に摩擦係合要素を移行させる場合、液圧制御弁により液圧ピストンへの駆動液圧を上昇させている。したがって、液圧制御弁によりライン圧相当まで駆動液圧を上昇させれば、解除状態から係合状態へ摩擦係合要素を素早く移行させることができる。すなわち、急速充填制御を行うことができる。
【００１１】
さらに、解除状態から係合状態への移行開始から液圧ピストンに押圧されて摩擦係合要素の駆動側回転体と従動側回転体との間隙がほぼ０になるまでに要する充填時間を算出式にパラメータを代入して算出することにより、大きな記憶容量を必要とすることなく短時間に充填時間を算出することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す実施例を図面に基づいて説明する。
本発明の一実施例による油圧制御式の自動変速機用制御装置を図１に示す。
駆動側回転体としてのクラッチ板１と従動側回転体としての隔壁板２とは摩擦係合要素を構成しており、クラッチ板１と隔壁板２とが係合することにより駆動側から従動側にトルクが伝達される。クラッチ板１はリターンスプリング３により隔壁板２から離反する方向、すなわち摩擦係合要素の解除側に付勢されている。
【００１３】
液圧ピストンとしてのクラッチピストン４はクラッチ板側に押圧部４ａを有し、この押圧部４ａが隔壁板２に向けてクラッチ板１を押圧することにより摩擦係合要素が係合する。ピストン室５の作動油からクラッチピストン４が受ける力がリターンスプリング３の付勢力を上回るとクラッチピストン４はクラッチ板１に向けて移動する。クラッチピストン４の外周にピストン室５からの作動油漏れを防止するＯリング６が嵌合している。オリフィス７はピストン室５からの作動油漏れを表している。
【００１４】
チョーク８は流入口１０ａからピストン室５に至るピストンハウジング１０内に形成されたチョーク相当部分を表しており、オリフィス９はピストンハウジング１０内に形成されたオリフィス相当部分を表している。これらチョーク８およびオリフィス９はピストン室５への急激な作動油の流入を抑制している。
ピストン室５に供給される作動油は液圧ポンプとしての油圧ポンプ２０から吐出されている。油圧ポンプ２０から吐出された作動油はライン圧制御手段としてのライン圧制御弁３０により所定のライン圧に調圧される。
【００１５】
ライン圧制御弁３０は、指令制御室３１およびライン圧フィードバック室３２を有している。チョーク２４を介して電磁弁４２から指令制御室３１に指令圧が加えられ、調圧されたライン圧の作動油がチョーク２３を介してライン圧フィードバック室３２にフィードバックされている。指令制御室３１およびライン圧フィードバック室３２からスプール弁３３が受ける力とリターンスプリング３４の付勢力とのつり合いによりスプール弁３３が移動してドレイン３５への作動油のリリース量を調整し、油圧ポンプ２０から吐出された作動油を電磁弁４２からの指令圧に応じたライン圧に調圧する。
【００１６】
２１はライン圧制御弁３０により調圧されたライン圧となる作動油が占める体積を表し、チョーク２２はライン圧に調圧された作動油の体積部分２１からの漏れを表している。
液圧制御弁としての電磁弁４１はデューティ比制御される三方電磁弁であり、電気制御装置としてのＥＣＵ５０から送出される制御信号のデューティ比に応じて元圧としてのライン圧Ｐ_Lの作動油を所定の制御圧Ｐ₁に調圧しピストン室５に供給する。電磁弁４１に比例弁を用いることも可能である。
【００１７】
ＥＣＵ５０は、エンジン回転数、従動側回転体としてのタービン回転数、スロットル開度、作動油の油温等の検出信号を入力し、各電磁弁に制御信号を送出している。作動油の油温は液温検出手段としての温度センサにより検出する。
次に、解除状態から係合状態に移行する摩擦係合要素の作動を図２、図３および図４に基づいて説明する。以下に述べるステップとは図２のフローチャートのステップのことである。図２のフローチャートは、ＥＣＵ５０内の記憶手段としてのメモリに格納されたプログラムにより処理される。
【００１８】
(1) ＥＣＵ５０は運転者によるセレクトレバーの操作またはエンジン運転状態に応じて変速要と判断する（ステップ１００）。
(2) このＥＣＵ５０の判断により、変速処理が開始される（ステップ１０２）。
(3) 温度センサの検出信号から作動油の油温を検出し、検出した油温から粘性係数μおよび減衰係数Ｃ_Pを算出するとともに、回転数検出手段としてのセンサからエンジン回転数、つまり油圧ピストン２０の回転数Ｎ_eを検出する（ステップ１０３）。さらに、後述する定数をメモリから読出す（ステップ１０４）。
【００１９】
(4) ステップ１０３およびステップ１０４で求めた定数値、変数としての検出値、および検出値から算出した変数値を次に示す数１〜数５に代入する。数２において、Ｐ₁＝Ｄ_rＰ_L（Ｄ_rは液圧制御弁４１の圧力比）とすることができるので、数２および数４によりＱ_PとＰ_Lの連立方程式が構成される。この連立方程式を解くことにより消費流量Ｑ_Pおよびライン圧Ｐ_Lを算出する（ステップ１０５）。消費流量Ｑ_Pは、ピストン室５に充填される作動油の単位時間量を表す。本実施例では、数２および数４の連立方程式を解いて得られた数５に示すライン圧Ｐ_Lを数２に代入することにより消費流量Ｑ_Pを求めているが、これは解法上のことであり、油圧ピストン２０の回転数Ｎ_eおよび消費流量Ｑ_Pからライン圧Ｐ_Lが算出されることに変わりはない。さらに、数１にＱ_Pを代入することにより充填時間ｔ_Sを算出する（ステップ１０６）。
【００２０】
ステップ１０５において、数２および数４の連立方程式を解くプログラム処理が、特許請求の範囲に記載した「消費流量算出手段」および「ライン圧算出手段」である。連立方程式を解くことも算出式にパラメータを代入して値を算出することである。
【００２１】
【数１】

【００２２】
ここで、
【００２３】
【数２】

【００２４】
油圧ポンプ２０の吐出油量Ｑ_OUTは、消費流量をＱ_P、流路から漏れる油量Ｑ_aにより次の数３で表される。
【００２５】
【数３】

【００２６】
数３を一式にまとめると次の数４になる。
【００２７】
【数４】

【００２８】
数１〜数４において、
Ｖ_P ：係合状態への移行時におけるピストン室５の増加容量
Ｑ_P ：消費流量
Ｃ_V ：油圧ポンプ２０の内部漏れ係数
ｄ_a ：チョーク２２の径
Ｌ_a ：チョーク２２の長さ
ｑ_th ：油圧ポンプ２０の理論容積
Ａ_P ：クラッチピストン４の受圧面積
Ｌ：チョーク８の長さ
ｄ：チョーク８の径
ρ ：作動油密度
ｄ_C ：オリフィス９の径
Ｆ_SET：リターンスプリング３のセット荷重
Ｃ：流量係数
μ ：粘性係数（＝ρν、νは動粘性係数）
Δｘ_P：クラッチピストン４の最大変位量
Ｃ_P ：減衰係数（νに対する比例関数）
Ｎ_e ：エンジン回転数（油圧ポンプ２０の回転数）
Ｐ₁ ：制御圧
【００２９】
【数５】

【００３０】
ＥＣＵ５０におけるステップ１０３〜１０６のプログラム処理が、特許請求の範囲に記載した「時間算出手段」に相当する。
(5) 算出された充填時間ｔ_Sの間電磁弁４１のデューティ比を上昇させ、図３の中段に示すようにピストン室５にライン圧相当の高い制御圧Ｐ₁を有する作動油を供給する（ステップ１０７）。するとクラッチピストン４は、ピストン室５の高圧の作動油から力を受けて図１に示す位置からクラッチ板１に向けて速やかに移動し、クラッチ板１に当接する。クラッチピストン４はさらに隔壁板２に向けて押圧され、クラッチ板１と隔壁板２との間隙がほぼ０になるまで移動する。電磁弁４１のデューティ比を上昇させてピストン室内の作動油の油圧を上昇させてから、クラッチ板１と隔壁板２との間隙がほぼ０になるまでの時間が充填時間ｔ_Sである。そして、充填時間ｔ_S中に行われる処理がステップ１０７における充填制御である。
【００３１】
図３の中段に示すように、充填時間ｔ_Sが経過し図３の時間ｔ₁になると、電磁弁４１のデューティ比を減少させて電磁弁４１からピストン室５に供給する制御圧Ｐ₁を急激に低下させる。これにより、クラッチピストン４の押圧力によりクラッチ板１が隔壁板２に衝突することを回避できる。
ここで、ステップ１０６における充填制御中において低圧のピストン室５に急速に作動油を供給することにより図３の下段に示すようにエンジン運転状態によってライン圧Ｐ_Lが充填時間ｔ_Sの間に一時的に低下することがある。ライン圧Ｐ_Lの低下を考慮せず、つまり数２および数４の連立方程式を解くことなくＥＣＵ５０からの指令ライン圧を元圧にして制御圧Ｐ₁を算出し、この制御圧Ｐ₁を数２に代入して消費流量Ｑ_Pを算出し、このＱ_Pを数１に代入して充填時間ｔ_Sを算出すると、実際よりも高い制御圧Ｐ₁から算出された充填時間ｔ_Sは、低下したライン圧に対して必要な充填時間よりも短かくなる。したがって、得られた充填時間ｔ_S内にクラッチピストン４が所定位置まで移動せずクラッチ板１と隔壁板２との間隙をほぼ０にすることができなくなる。このような状態で次のトルク相制御およびイナーシャ相制御を行うと、係合に要する時間が長くなったり、係合力が不足したりするという係合不良が発生する。さらに図４に示すように、充填制御に関係なくエンジンの低回転領域には回転数によって指令ライン圧よりもライン圧Ｐ_Lが低下する領域がある。
【００３２】
数２および数４の連立方程式から得られる消費流量Ｑ_P、ライン圧Ｐ_L、充填時間ｔ_Sは、ピストン室５への作動油充填によるライン圧の低下、および充填制御に関係なく決まるエンジンの低回転数領域におけるライン圧の低下を考慮して得られたものである。したがって、エンジン回転数をパラメータとして低下分も考慮して算出されたライン圧Ｐ_Lから充填時間ｔ_Sを算出することにより、ライン圧が指令圧から低下する場合にもステップ１０７の充填制御を終了した時点で、クラッチ板１と隔壁板２との間隙をほぼ０にすることができる。
【００３３】
(6) 急激に下げた制御圧Ｐ₁を電磁弁４１のデューティ比を増加させることにより徐々に増加させクラッチ板１と隔壁板２とを摺動させる。これがトルク相制御である（ステップ１０８）。トルク相制御においても、ステップ１０５で得られたライン圧Ｐ_Lを元圧として制御圧Ｐ₁を生成しているので、高精度な変速制御を行うことができる。
【００３４】
トルク相制御では、クラッチ板１は隔壁板２に押圧されクラッチ板１と隔壁板２とは摺動しているが、クラッチ板１のトルクは隔壁板２に伝わっていない。したがって、隔壁板２の回転数つまりタービン回転数Ｎ_tは変化しない。トルク相制御は時間ｔ₁からｔ₂の間である。
(7) 制御圧Ｐ₁をさらに増加させていくと、クラッチ板１のトルクが隔壁板２に伝わるようになる。これが図３に示す時間ｔ₂であり、ここから隔壁板２の回転数が減少し始める。そして、制御圧Ｐ₁をさらに増加させ時間ｔ₃になるとクラッチ板１と隔壁板２とが係合した状態になる（ステップ１０９）。この時間ｔ₂からｔ₃の間の処理がイナーシャ相制御である。イナーシャ相制御においても、ステップ１０５で得られたライン圧Ｐ_Lを元圧として制御圧Ｐ₁を生成しているので、高精度な変速制御を行うことができる。
【００３５】
(8) クラッチ板１と隔壁板２とが係合した状態に移行すれば変速制御を終了する（ステップ１１０）。
以上説明した本発明の実施例では、回転数検出手段としてのセンサからエンジン回転数、つまり油圧ポンプ２０の回転数を検出し、この油圧ポンプ２０の回転数を連立方程式に代入して消費流量Ｑ_P、ライン圧Ｐ_L、充填時間ｔ_Sを算出している。したがって、エンジン回転数の低下により指令ライン圧よりもライン圧Ｐ_Lが低下しても、この低下したライン圧Ｐ_Lを算出することができるので、算出したライン圧Ｐ_Lを元に適切な変速制御を高精度に行うことができる。
【００３６】
また本実施例では、メモリに記憶させた定数および油温から算出した変数の値をパラメータとして数１〜数５に代入して定常計算することにより、多くのマップをメモリに記憶させることなく簡単にかつ短時間に充填時間ｔ_Sを算出することができる。
また、油温を検出して充填時間算出のパラメータとして用いることにより、油温の変化により粘性係数μおよび減衰係数Ｃ_Pが変化しても高精度に充填時間ｔ_Sを算出できる。
【００３７】
また、数１〜数５はエンジンが異なっても共通に用いる式であるため、定数をメモリに記憶させておくことにより、異なるエンジンを開発する場合にも構造上から一義的に決まる定数をメモリ上で変更するだけでエンジン毎に適切な消費流量Ｑ_P、ライン圧Ｐ_L、充填時間ｔ_Sを算出できる。したがって、開発時間および開発工数が低減し、開発コストを低減できる。
【００３８】
本発明では、数１〜数５に予め定数を代入して係数を計算した算出式を作成しておき、この算出式に変数を代入して充填時間ｔ_Sを算出することも可能である。この場合、メモリに定数を記憶させる必要がないのでメモリ容量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による自動変速機用制御装置を示す模式的構成図である。
【図２】本実施例の変速制御を示すフローチャートである。
【図３】変速開始からのタービン回転数、制御圧、ライン圧の変化を示す特性図である。
【図４】エンジン回転数とライン圧Ｐ_Lとの関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１クラッチ（摩擦係合要素）
２隔壁板（摩擦係合要素）
３リターンスプリング
４クラッチピストン（液圧ピストン）
５ピストン室
２０油圧ポンプ（液圧ポンプ）
３０ライン圧制御弁（ライン圧制御手段）
４１制御弁（液圧制御弁）
５０ＥＣＵ（電気制御装置）

Claims

少なくとも一つの摩擦係合要素を作動流体の液圧により係合または解除させて変速段を切換える自動変速機用制御装置であって、
作動流体を吐出する液圧ポンプと、
前記液圧ポンプから吐出される作動流体のライン圧を制御するライン圧制御手段と、
前記液圧ポンプの回転数を検出する回転数検出手段と、
作動流体の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサの検出した流体温度から粘性係数を算出する粘性係数算出手段と、
前記粘性係数算出手段の出力を変数としてライン圧に調圧された作動流体の消費流量を算出する消費流量算出手段と、
前記回転数検出手段の出力と前記消費流量算出手段で算出した消費流量とからライン圧を算出するライン圧算出手段と、
前記摩擦係合要素の駆動側回転体と従動側回転体とを押圧力により係合させる液圧ピストンと、
前記液圧ピストンを駆動する液圧を制御する液圧制御弁と、
前記液圧制御弁に制御信号を送出する電気制御装置とを備え、
解除状態から係合状態に前記摩擦係合要素を移行させる場合、前記液圧制御弁により前記液圧ピストンへの駆動液圧を上昇させてから、前記駆動側回転体と前記従動側回転体との間隙がほぼ０になるまでの充填時間を、算出式にパラメータを代入して算出する時間算出手段を有し、
前記時間算出手段は、前記回転数検出手段の出力と、前記消費流量算出手段で算出した消費流量とを前記算出式に代入して前記充填時間を算出することを特徴とする自動変速機用制御装置。