JP4131253B2 - 車両の発進摩擦要素制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、発進摩擦要素をスリップ状態にして伝達トルクを制御する車両の発進摩擦要素制御装置の技術分野に関する。

この種の技術としては、副変速機を低速段にした状態で、前進走行時には前進クラッチを、また後退走行時には後退ブレーキを、締結進行制御することによりトルクコンバータを用いることなくクリープ走行機能やトルク増大機能を得ようとするものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３５３５３号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、スムーズな発進やクリープ走行機能を得るため前進クラッチや後退ブレーキといった発進摩擦要素をスリップ状態に締結進行制御する場合に、クリープ時間が長くなって発進摩擦要素のスリップによる発熱量が許容値を超えてしまい、発進摩擦要素が劣化してしまうという問題があった。

また、前進走行や後退走行にあっては、それぞれ前進用と後退用の発進摩擦要素の一方を単独で使用するため使用頻度が高い発進摩擦要素の負荷が高いことから、またクリープ走行時に発進摩擦要素のスリップによる負荷等を検出していないことから、発進摩擦要素への負荷が過大となって発進摩擦要素を早期に劣化させたり、あるいは焼損させたりする恐れがあるといった問題がある。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、前進クラッチまたは後退ブレーキなどの発進摩擦要素のスリップ制御時において、クリープトルクを確保しながらも発進摩擦要素の早期劣化や焼損を抑えることのできる車両の発進摩擦要素制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明では、発進摩擦要素をスリップ状態及び完全締結状態に切り換えることにより発進摩擦要素の締結トルクを制御する発進摩擦要素制御装置において、発進摩擦要素がスリップ状態継続許容範囲にあるか否かを判断するスリップ状態継続許容判断手段と、発進摩擦要素がクリープ走行可能な大きさのスリップ状態となるような締結トルクに制御されている場合、スリップ状態継続許容判断手段により発進摩擦要素がスリップ状態継続許容範囲外と判断されたときに、前記発進摩擦要素のスリップ量が減少するように前記発進摩擦要素の締結トルクを制御するとともに、他の摩擦要素がスリップ状態となるように前記他の摩擦要素の締結トルクを制御するスリップ制御切換手段と、を備えた。

本発明では、車両の発進摩擦要素制御装置にあっては、クリープ走行を可能とする発進摩擦要素のスリップ制御を行うにあたって、クリープトルクを確保しながらも発進摩擦要素の発熱による早期劣化や焼損を低減することができる。

以下、本発明の車両の発進摩擦要素制御装置を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。

まず、本実施例１の発進摩擦要素制御装置の構成を説明する。

図１は本実施例１の発進摩擦要素制御装置を備えたトロイダル式無段変速機搭載車の構成を示すシステム図である。

トロイダル式無段変速機搭載車は、エンジン１と、高速段と低速段との間で切り換え可能な副変速機２０と、発進クラッチを有する前後進切換機構３０と、入出力間で無段変速するトロイダル式無段変速機４０と、を備えている。

エンジン１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等からなり、このエンジン出力軸２が副変速機２０に連結されている。

副変速機２０は、複数のギヤ比間で切り換え可能な単純遊星歯車２３と、エンジン１からの動力を前後進切換機構３０へ高速段用ダンパ２７を介してほぼそのままの回転数で伝える高速段を選択するための高速段選択クラッチ２４と、エンジン１からの動力を減速した回転数で伝える低速段を選択するためのワンウェイクラッチ２５と、を備えている。

単純遊星歯車２３は、サンギヤ２３ｓと、このサンギヤ２３ｓの外周でこれと噛み合う複数のピニオン２３ｐと、ピニオン２３ｐに噛み合うリングギヤ２３ｒと、ピニオン２３ｐを回転自在に支持するキャリア２３ｃと、を備えている。サンギヤ２３ｓは、エンジン出力軸２と一体回転するハウジング２１に高速段用ダンパ２７及び低速段用ダンパ２８を介して連結され、リングギヤ２３ｒは、ワンウェイクラッチ２５を介して中空固定軸２６にそれぞれ連結されている。また、キャリア２３ｃは、高速段用ダンパ２７及び高速段選択クラッチ２４を介してハウジング２１に連結されるとともに、副変速機出力軸でもあるクラッチ入力軸２９にも連結されている。なお、ハウジング２１は、エンジン出力軸２に、これと一体のドライブプレート２２を介して接続される。

高速段選択クラッチ２４は、ハウジング２１側に連結されたドライブ側部分と、キャリア２３ｃ側に連結されたドリブン側部分との間に複数のプレートが介在されて構成される。この高速段選択クラッチ２４は、トランスミッションコントローラ６２により制御され、図示しないピストンにクラッチ油圧を作用させてプレートを押圧することにより、クラッチ入力軸２９をエンジン出力軸２と一体となって回転させる締結状態（高速段選択状態）と、ピストンに作用するクラッチ油圧を排出することによりワンウェイクラッチ２５を作用させて、エンジン１からの動力を減速してクラッチ入力軸２９に伝達する解放状態（低速段選択状態）と、に切り換え可能とされている。

なお高速段用ダンパ２７は、このダンパ特性を上記の高速段選択状態で要求される特性に設定し、低速段用ダンパ２８は、上記の低速段選択状態で要求される特性に設定されている。

前後進切換機構３０は、回転方向やギヤ比が切り換え可能な単純遊星歯車３３と、前進時に締結し本発明の発進摩擦要素を構成する前進クラッチ３１と、後退時に締結し同じく本発明の発進摩擦要素としての後退ブレーキ３２と、を備えている。

単純遊星歯車３３は、クラッチ出力軸３４と一体のCVT入力軸４６と同心上で回転するサンギヤ３３ｓと、このサンギヤ３３ｓの外周でこれと噛み合う複数のピニオン３３ｐと、ピニオン３３ｐに噛み合うリングギヤ３３ｒと、ピニオン３３ｐを回転自在に支持するキャリア３３ｃと、を備えている。サンギヤ３３ｓは前進クラッチ３１のドリブン側部分およびクラッチ出力軸３４に、またキャリア３３ｃは後退ブレーキ３２の被固定側部分に、またリングギヤ３３ｒは前進クラッチ３１のドライブ側部分にそれぞれ連結されている。

前進クラッチ３１は、クラッチ入力軸２９に連結されたドライブ側部分とクラッチ出力軸３４に連結されたドリブン側部分との間に複数のプレートが介在されて、図示しないピストンにクラッチ油圧を作用させることによりプレートを押圧して入出力間で動力伝達可能となる締結状態と、ピストンに作用するクラッチ油圧を排出することにより出力側部分に動力を伝達不能となる解放状態と、に切り換え可能に構成される。

後退ブレーキ３２は、変速機ケース３５の内側固定部分とキャリア３３ｃに連結された被固定側部分との間に複数のプレートが介在され、図示しないピストンにブレーキ油圧を作用させることによりプレートを押圧して被固定側部分に一体のキャリア３３ｃを回転不能に固定する締結状態と、ピストンに作用するブレーキ油圧を排出することにより被固定側部分およびキャリア３３ｃを回転可能にする解放状態と、に切り換え可能に構成される。

トロイダル式無段変速機４０は、本発明の変速機構を構成し、この入出力軸間の変速比を無段で変更するものであり、２組のトロイダル式無段変速機構４１、４２とを有する。これらのトロイダル式無段変速機構４１、４２は、クラッチ出力軸３４と一体のCVT入力軸４６に連結された一対の入力ディスク４３ａ、４３ｂと、これら間にCVT入力軸４６と同軸配置したCVT出力軸４７に連結された一対の出力ディスク４４ａ、４４ｂと、これらの入出力ディスク間に配置されて傾きが変えられることにより変速可能に動力を伝達する複数のパワーローラ４５ａ、４５ｂを備えている。CVT出力軸４７の両出力ディスク４４ａ、４４ｂ間には、出力ギヤ４８が設けられ、これと噛み合う第１トランスファギヤ５０、これと一体の伝達軸４９に設けられた第２トランスファギヤ５１、これに噛み合う第３トランスファギヤ５２を介して、第３トランスファギヤ５２と一体でかつCVT入力軸４６と同心の変速機出力軸５３にトロイダル式無段変速機構４１、４２で変速した動力を伝達可能としてある。

変速機出力軸５３は、図示しないファイナルドライブ等を介して図示しない駆動輪に連結される。

また、トロイダル式無段変速機搭載車は、エンジン１を制御するエンジンコントローラ６１と、副変速機２０、前後進切換機構３０、トロイダル式無段変速機構４１、４２への油の給排を行う油圧コントロールユニット６３を制御するトランスミッションコントローラ６２と、これらのコントローラ６１、６２に接続されたセンサ類と、を備えている。なお、エンジンコントローラ６１とトランスミッションコントローラ６２との間では信号の授受がなされるようにしてある。

次に、作用を説明する。
［車両停止時］

エンジン１が停止しているときは、オイルポンプ（図示せず）が駆動されないので油圧を発生しないため、前進クラッチ３１、後退ブレーキ３２ともに解放状態にあり、かつトロイダル式無段変速機構４１、４２も動力伝達不能な状態となっている。

エンジン１が稼動しているときは、オイルポンプが駆動されて圧油を油圧コントロールユニット６３へ供給している。油圧コントロールユニット６３は、図示しないセレクトレバーがＰ（パーク）位置やＮ（ニュートラル）位置といった非走行位置にあるときは、前進クラッチ３１および後退ブレーキ３２へ圧油を供給せず、これらを解放状態に保ち続ける。したがって、エンジン出力軸２の駆動力はCVT入力軸４６には伝わらず、トロイダル式無段変速機構４１、４２が回転されることはない。この結果、駆動輪には駆動力が作用しない。
［クリープ制御］

セレクトレバーがＤ（ドライブ）位置やＲ（リバース）といった走行位置にある停車時は、停車から所定時間の間、前進クラッチ３１又は後退ブレーキ３２のうちセレクトレバーのセレクト位置に対応する発進摩擦要素へ圧油を供給するが、この油圧の大きさはこの発進摩擦要素の完全締結圧より低い油圧でスリップ状態となり車両がクリープ走行可能な大きさとされる。なお、このクリープトルクの制御の詳細については後で詳しく後述する。

なお、エンジン１の稼動中は、この動力が高速段用ダンパ２７や低速段用ダンパ２８によりその振動を減衰されてクラッチ入力軸２９に伝えられる。
［前進走行及び後退走行］

セレクトレバーをP位置やN位置からD位置やR位置といった走行位置にセレクトした場合、またセレクトレバーを走行位置にしたまま停車し設定時間を経過した後にブレーキペダルの踏み込みを解除した場合には、セレクトレバーで選択した位置に対応する発進摩擦要素、すなわち前進クラッチ３１か後退ブレーキ３２の一方にクリープ走行可能に調圧した圧油が新たに供給され、これをスリップ状態に保ち、クリープ走行可能とする。

これに対し、セレクトレバーを走行位置にしたまま停車し所定時間内にブレーキペダルの踏み込みを解除した場合には、前進クラッチ３１か後退ブレーキ３２のうちのセレクトレバーのセレクト位置に対応する方にクリープ走行可能に調圧した圧油が既に供給された状態であり、レスポンスのよいクリープ走行が可能となる。

上記いずれの場合にせよ、アクセルペダルを踏み込んだり、クリープ走行状態が設定時間を越えて続くか、発進摩擦要素の入出力回転数差が設定値以下になったりしたら、前進クラッチ３１又は後退ブレーキ３２へ供給されていた油圧が完全締結状態となる大きさに立ち上げられ、スリップなしの走行となる。この状態での前進走行又は後退走行では、トロイダル式無段変速機４０は、車速センサ６４やアクセル開度センサ６５からの車速情報やアクセル開度情報等に応じてパワーローラ４５ａ、４５ｂの傾きを変えることでその変速比を変更して入出力間の変速を行い、この変速した駆動力を駆動輪へ伝える。

図２はトランスミッションコントローラ６２で発進摩擦要素の発進時における制御の処理の流れを示すフローチャートであり、以下、各ステップについて説明する。

ここでは、セレクトレバーがＤ位置に置かれたまま車両が停止した後の制御につき説明する。

ステップＳ１では、前進クラッチ３１をクリープ走行可能なスリップクリープトルクを発生させ、ステップ２に移行する。

ステップＳ２では、前進クラッチ３１の発熱量を計算し、ステップＳ３へ移行する。前進クラッチ３１の発熱量の計算は、以下のように行う。すなわち、図３に示すように、まず、ステップＳ１１でクラッチ油圧を図示しない油圧センサにて測定し、ステップＳ１２でこのクラッチ油圧に基づきクラッチの締結トルクを算出する。続くステップＳ１３では、ステップＳ１２で算出したクラッチの締結トルクを時間で積分し、ステップＳ１４で積分値からクラッチ発熱量を算出する。

図２に戻って、ステップＳ３では、ステップＳ２で計算した前進クラッチ３１の発熱量が第１のしきい値を超えているか否かを判断し、YESの場合はステップＳ４へ移行し、NOの場合はステップＳ２に戻る。なお、この第１のしきい値は、前進クラッチ３１の劣化等を考慮し計算、あるいは実験により予め設定した値である。このステップＳ３は、本発明のスリップ状態継続許容判断手段に相当する。

ステップＳ４では、前進クラッチ３１を完全締結し、後退ブレーキ３２をスリップさせ、ステップＳ５へ移行する。このとき、前進クラッチ３１は完全締結されるので、スリップによる発熱がなくなり前進クラッチ３１は冷却される。また、このとき、前進クラッチ３１が完全締結しても後退ブレーキ３２がスリップしてブレーキ力を作用するので、クラッチ出力軸３４における出力トルクは低減され、引き続きクリープトルクが発生する。なお、ステップＳ４は本発明のスリップ制御切換手段にあたる。

ステップＳ５では、後退ブレーキ３２の発熱量を計算し、ステップＳ６へ移行する。後退ブレーキ３２の発熱量はステップＳ２の前進クラッチ３１の発熱量の計算の場合と同じく、図３に示すように、ブレーキ油圧を測定し、後退ブレーキ３２の締結トルクを算出する。次いで、算出した後退ブレーキ３２の締結トルクを積分し、積分値から後退ブレーキ３２の発熱量を算出する。

ステップＳ６では、ステップＳ５で計算した発熱量が第２のしきい値を超えているか否かを判断し、YESの場合はステップＳ８へ移行し、NOの場合はステップＳ７へ移行する。なお、この第２のしきい値は、後退ブレーキ３２の劣化等を考慮し計算、あるいは実験により予め設定した値である。

ステップＳ７では、後退ブレーキ３２がスリップされ始めてから所定時間を経過したか否かを判断し、YESの場合はステップＳ１へ移行し、前進クラッチ３１のスリップさせる。NOの場合はステップＳ５へ移行し、後退ブレーキ３２のスリップを続ける。なお、所定時間は前進クラッチ３１が冷却のために要する時間等を考慮し計算、あるいは実験により予め設定された値である。この所定時間は図４に示すように、前進クラッチ３１の周囲の油温が高ければ高いほど所定時間を長くするように補正し、また図５に示すように、前進クラッチ３１の発熱量が所定値に達するまでの時間Ｃが短いほど所定時間を長くするように補正する。

ステップＳ８では、クリープ走行を中止し前進クラッチ３１をインチングさせる。

なお、上記フローチャートでは、前進時の制御につき説明したが、後退時の制御でも、後退ブレーキ３２をスリップさせてクリープ走行可能とし、後退ブレーキ３２が所定の発熱量になったら後退ブレーキ３２を完全締結させるとともに前進クラッチ３１をスリップ状態にするなど、前進時と同様の制御を行う。

次に本実施例１の発進摩擦要素制御装置の効果を説明する。

（１）前進クラッチ３１又は後退ブレーキ３２をスリップさせて、クリープ走行しているときに、スリップさせている発進摩擦要素の発熱量が第１のしきい値を超えたとき、この発進摩擦要素を完全締結させて他方の摩擦要素をスリップさせるので、クリープトルクを保持するとともに、発熱量が第１のしきい値を超えた発進摩擦要素の負荷を低減して、この発進摩擦要素の早期劣化や焼損を抑えることができる。

（２）発熱量が第１のしきい値を超えた発進摩擦要素を完全締結させるとともに他方の摩擦要素をスリップさせてから所定時間が経過すると、前者を再びスリップさせるとともに後者を再び解放状態に戻すので、両摩擦要素にて負荷を分担することができる。したがって、どちらか一方の摩擦要素に負荷が偏ることなく、両摩擦要素ともに早期劣化を抑えることができる。

（３）発熱量が第１のしきい値を超えた発進摩擦要素の周辺の油温が高いほど、この摩擦要素の冷却に時間がかかるので、発熱量が第１のしきい値を超えた発進摩擦要素を完全締結させるとともに他方の摩擦要素をスリップさせてから、前者を再びスリップさせるとともに後者を再び解放するまでの所定時間は、発熱量が第１のしきい値を超えた発進摩擦要素の周辺の油温が高いほど長く設定され、またこの発進摩擦要素の発熱量が所定値になるまでの時間が短いほど長くなるように設定される。したがって、クリープ走行を可能としながら、発熱量が第１のしきい値を超えた発進摩擦要素の周辺の油温に応じてこの発進摩擦要素がスリップ可能な温度まで低下させることができ、この発進摩擦要素の早期劣化や焼損を抑えることができる。

（４）発熱量が第１のしきい値を超えた発進摩擦要素を完全締結させるとともに他の摩擦要素をスリップさせてから、前者を再びスリップさせるとともに後者を再び解放するまでの所定時間が経過する前に、後者の発熱量が第２のしきい値を超えた場合は、クリープ走行を中止し前者をインチングさせるので、両摩擦要素ともこれらの負荷が過剰になることを防ぐことができる。したがって、これらの摩擦要素の早期劣化や焼損を抑えることができる。

（５）各摩擦要素の発熱量を算出するのに、油圧を測定し、摩擦要素の締結トルクを算出して、その算出した値を積分した積分値からクラッチ発熱量を算出するようにしたので、摩擦要素の発熱量を計測する専用のセンサを用いずに摩擦要素の発熱量を推定できる。したがって、摩擦要素の発熱量を計測する専用センサを用いる場合にくらべコストの削減や、軽量化を達成することができる。

以上、本発明の車両の発進摩擦要素制御装置を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加は許容される。

たとえば、発進用摩擦要素は、発進用として使用される前進用摩擦要素と後退用摩擦要素であれば、クラッチでもブレーキでもよく、また他の摩擦要素は必ずしも発進用摩擦要素に限ることなく、締結した発進用摩擦要素をスリップさせながら回転し動力を伝達可能とするものであればよい。

実施例１では、発進摩擦制御装置をトロイダル式無段変速機搭載車の前進クラッチと後退ブレーキの締結制御に適用する例を示したが、有段自動変速機搭載車やベルト式無段変速機搭載車や自動ＭＴ搭載車やハイブリッド車や電気自動車等、要するに発進時に締結し駆動源からの入力トルクを伝達するクラッチやブレーキといった摩擦要素を有する様々な車両に適用することができる。

実施例１に係る、発進摩擦要素制御装置を備えたトロイダル式無段変速機を示すシステム図である。 実施例１に係る、発進摩擦要素制御装置にて実行される発進摩擦要素制御処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１に係る、クラッチ発熱量を計算する流れを示したフローチャートである。 実施例１に係る、クラッチ周辺の油温と所定時間補正量の関係を示すグラフである。 実施例１に係る、前進クラッチの発熱量が所定値に達するまでの時間と所定時間補正量の関係を示すグラフである。

符号の説明

１ エンジン
２ エンジン出力軸
２０ 副変速機
２１ ハウジング
２２ ドライブプレート
２３ 単純遊星歯車
２４ 高速段選択クラッチ
２５ ワンウェイクラッチ
２６ 中空固定軸
２７ 高速段用ダンパ
２８ 低速段用ダンパ
３０ 前後進切換機構
３１ 前進クラッチ
３２ 後退ブレーキ
３３ 単純遊星歯車
４０ トロイダル式無段変速機
４１、４２ トロイダル式無段変速機構
４３ａ、４３ｂ 入力ディスク
４４ａ、４４ｂ 出力ディスク
４５ａ、４５ｂ パワーローラ
４６ CVT入力軸
４７ CVT出力軸
４８ 出力ギヤ
４９ 伝動軸
５０ 第１トランスファギヤ
５１ 第２トランスファギヤ
５２ 第３トランスファギヤ
５３ 変速機出力軸
６１ エンジンコントローラ
６２ トランスミッションコントローラ
６３ 油圧コントロールユニット

Claims (8)

1. 発進摩擦要素をスリップ状態及び完全締結状態に切り換えることにより前記発進摩擦要素の締結トルクを制御する発進摩擦要素制御装置において、
   前記発進摩擦要素がスリップ状態継続許容範囲にあるか否かを判断するスリップ状態継続許容判断手段と、
   前記発進摩擦要素がクリープ走行可能な大きさのスリップ状態となるような締結トルクに制御されている場合、前記スリップ状態継続許容判断手段により前記発進摩擦要素がスリップ状態継続許容範囲外になると判断されたときに、前記発進摩擦要素のスリップ量が減少するように前記発進摩擦要素の締結トルクを制御するとともに、他の摩擦要素がスリップ状態となるように前記他の摩擦要素の締結トルクを制御するスリップ制御切換手段と、
   を備えたことを特徴とする車両の発進摩擦要素制御装置。
2. 請求項１に記載の車両の発進摩擦要素制御装置において、
   前記スリップ制御切換手段は、前記発進摩擦要素の発熱量が第１のしきい値を超えると前記発進摩擦要素のスリップ量減少制御、及び前記他の摩擦要素のスリップ制御への切り替えを実行することを特徴とする車両の発進摩擦要素制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の車両の発進摩擦要素制御装置において、
   前記スリップ制御切換手段は、前記他の摩擦要素の発熱量が第２のしきい値未満であり、前記発進摩擦要素のスリップ量減少制御及び前記他の摩擦要素のスリップ制御の実行開始からの時間が所定時間を超えると前記発進摩擦要素のスリップ量減少制御及び前記他の摩擦要素のスリップ制御を終了することを特徴とする車両の発進摩擦要素制御装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の車両の発進摩擦要素制御装置において、
   前記スリップ制御切換手段は、前記発進摩擦要素のスリップ量減少制御及び前記他の摩擦要素のスリップ制御の実行開始からの時間が所定時間内にある場合に、前記他の摩擦要素の発熱量が第２のしきい値以上となると前記他の摩擦要素のスリップ量を減少させるとともに前記発進摩擦要素のインチングを実行することを特徴とする車両の発進摩擦要素制御装置。
5. 請求項３又は請求項４に記載の車両の発進摩擦要素制御装置において、
   前記所定時間は、発進摩擦要素周辺の油温が高いほど大きくなるように設定したことを特徴とする車両の発進摩擦要素制御装置。
6. 請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の車両の発進摩擦要素制御装置において、
   前記所定時間は、前記発進摩擦要素の発熱量が前記第１のしきい値を超えるまでの時間が短いほど大きく長くなるように設定したことを特徴とする車両の発進摩擦要素制御装置。
7. 請求項２乃至請求項６のいずれかに記載の車両の発進摩擦要素制御装置において、
   前記発進摩擦要素の発熱量は、前記発進摩擦要素へ作用する油圧と、前記発進摩擦要素の締結トルクから推定することを特徴とする車両の発進摩擦要素制御装置。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の車両の発進摩擦要素制御装置において、
   前記発進摩擦要素及び前記他の摩擦要素のうちの一方が前進用摩擦要素であり、前記発進摩擦要素及び前記他の摩擦要素のうちの他方が後退用摩擦要素であることを特徴とする車両の発進摩擦要素制御装置。

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