JP4332096B2

JP4332096B2 - 無段変速機の油圧制御装置

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Publication number: JP4332096B2
Application number: JP2004294731A
Authority: JP
Inventors: 仁寿兒玉; 山口　　緑; 久雄野武; 耕平脇田
Original assignee: JATCO Ltd
Current assignee: JATCO Ltd
Priority date: 2004-10-07
Filing date: 2004-10-07
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2024-10-07
Also published as: US7445572B2; JP2006105317A; US20060079356A1

Description

本発明は、車両用のベルト式無段変速機において、この変速機を動作させるための作動油の油圧を制御する装置に関するものであり、特に変速機の変速レンジを中立レンジ（Ｎレンジ）から走行レンジ（Ｄレンジ）に切り換えた際の油圧を適切に制御するものである。

図1はかかる無段変速機の一例を示すものである。図示の変速機10はベルト式無段変速機と呼ばれるものであり、変速機ケース11内に変速機構12およびオイルポンプ13が収容され、図示しないエンジンの回転がトルクコンバータ14を介して入力軸15から変速機構12のプライマリプーリ16へ伝達される。この無段変速機10においては、変速機構12のプライマリプーリ16と図示しないセカンダリプーリとの間に図示しないベルトを掛け渡し、プライマリプーリ16およびセカンダリプーリそれぞれのプーリ幅を変化させて各プーリにおけるベルトの半径を変化させることにより、連続的な変速動作を行うものである。

オイルポンプ13は、上述したように変速機構12による変速を行うためのプーリの動作を油圧によって行うための作動油を供給するものである。図示の自動変速機10においては、トルクコンバータ14のコンバータシェル17と結合したスプロケット18と、オイルポンプ13の駆動軸19の一端に取り付けたスプロケット20とをチェーン21で連結している。したがって、図示しないエンジンの回転がトルクコンバータ14を経て、スプロケット18，20を連結するチェーン21を介して駆動軸19を回転駆動させ、それによってポンプギヤ22が動作して作動油が供給される。

オイルポンプ13より供給される作動油は、変速機構12を動作させるために所定の圧力（ライン圧P_L）に設定される。この圧力を設定（発生させる）ために調圧弁（ライン圧制御弁）が用いられる。図2はこの調圧弁を概略示すものである。調圧弁30は本体31内にスプール32およびばね33を収容し、四カ所のポート34〜37を有する。ここでポート35はドレンポートであり、ポート37は図示しないソレノイド弁と接続しており、このソレノイド弁は同様に図示しない制御装置からの信号によって、調圧弁30によりライン圧を発生させるための信号に応じた圧力（信号圧P_S）を与える。

ここで、変速機を中立（Ｎ）レンジから走行（Ｄ）レンジに切り換えた時、調圧弁30によって図2および図3に示すような過程でライン圧P_Lが発生する。まず、変速機の変速レンジがＮレンジからＤレンジに切り換わると、図示しない制御装置（ライン圧制御手段を含む）に組み込まれたプログラムは、図3(a)に示すように、変速機構12に選択された変速レンジに応じた動作を行わせるためのセレクト指令圧を、Ｎレンジに対応する値からＤレンジに対応する値に切り換え、同時に、目標とする値のライン圧P_Lを発生させるために、ソレノイド弁に送信する信号に応じた指示圧P_Cを設定し、出力する。このプログラムは、図3(b)に破線で示すように、ある小さい値（設定圧）を数秒間維持した後、前記プログラムによる調圧判定制御が働き、指示圧P_Cを目標値まで一気に上昇させる（ステップ入力）。

このプログラムに従って、上記指示圧P_Cに応じた信号が制御装置からソレノイド弁に送信され、それに応じてソレノイド弁から出力された信号に対応する信号圧P_Sが調圧弁30のポート37に加えられる。それによってスプール32は図2の右側から左側（図示の状態Aから状態B）へと移動し、これに伴って図に符号ｘで示す開口部分が狭くなる。スプール32が完全に左側（状態B）に移動して開口部分ｘの長さが０になると、ドレンポート35へ流出する流れがなくなり、ポート34側の圧力が増加し、その結果、図3に実線で示すようにライン圧P_Lも上昇する。その後、ライン圧P_Lの上昇に伴ってポート34側の圧力が上昇するためスプール32は右側（状態A）へ移動するが、ポート37側の指示圧P_Cとポート34側の圧力（フィードバック圧P_F、ライン圧P_Lに等しい）およびばね33の釣り合いにより、ライン圧P_Lは所定の値（目標値）に保たれることとなる。

ここで、ライン圧P_Lの上昇に伴ってスプール32が右側へ移動して状態Aに戻ろうとする際、スプール32の応答よりも油圧の応答の方が一般的に速いため、圧力が釣り合い状態になる過程で、図3(b)に実線で示すように、スプール32の応答遅れにより実際のライン圧P_Lにオーバーシュートが生じる。

このライン圧P_Lに生じるオーバーシュートは、例えば図3(b)に示すように大きなものとなった場合、自動変速機、特に無段変速機の場合プーリに過度の圧力を加え、また図1に示したオイルポンプ13を駆動するためのチェーン21にも負荷を与えることとなることから、この負荷に耐えうる高価なチェーンが必要になる。

そのため、ライン圧P_Lに生じるオーバーシュートを抑制するために、例えば特許文献1に記載の方法が提案されている。ここでは、特に低温でのエンジン始動時において、実際のライン圧P_Lが予め設定した値以上である時間が、所定時間継続したときに、ライン圧P_Lが調圧状態であると判断して、その後指示圧を最大値としている。

しかしながら、この場合、指示圧を最大値にする時間を遅らせるのみであり、指示圧を一気に上昇させることによる前述した問題を解消することは困難であった。
特開2004-124959号公報

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑み、無段変速機の変速レンジをＮレンジからＤレンジに切り換えた時に、無段変速機を作動させるために作動油のライン圧を上昇させる際に生じるオーバーシュートを抑制し得る、無段変速機の油圧制御装置を提供することを目的とするものである。

この目的のため、第一発明による無段変速機の油圧制御装置は、トルクコンバータと、エンジンと連結したベルト式無段変速機と、エンジンにより駆動するオイルポンプと、該オイルポンプを元圧とする前記無段変速機のライン圧を発生・制御するライン圧制御弁と、前記ライン圧制御弁でライン圧を発生させるためのライン圧指示圧を当該ライン圧制御弁に指令するライン圧制御手段とを具え、エンジンからの回転をトルクコンバータを介して前記ベルト式無段変速機に入力し、当該変速機によって変速された前記エンジンからの回転を駆動輪に伝達する無段変速機であって、前記オイルポンプを前記変速機構の主軸から離間させて配置すると共に、前記エンジンによって回転する第一のスプロケットとチェーンを介して連結した第二のスプロケットと該オイルポンプの回転軸とを結合し、前記エンジンの回転により前記オイルポンプを駆動し、変速レンジが中立レンジから走行レンジに移行したとき、前記ライン圧指示圧を一定時間所定の小さい値に指示し、その後、目標とする指示圧にステップ上昇させるライン圧制御を行う無段変速機において、前記ライン圧制御手段が、前記無段変速機の変速レンジが中立レンジから走行レンジに移行した時に、前記ライン圧指示圧の上昇率を、予め定めた値よりも小さい値に制限するよう制御することを特徴とするものである。

第二発明による無段変速機の油圧制御装置は、前記第一発明において、
前記トルクコンバータがロックアップクラッチを有するものであって、
前記トルクコンバータのロックアップクラッチが締結状態にあるロックアップ時と、該ロックアップクラッチが解放状態にあるコンバータ時とで前記ライン圧指示圧の上昇率を切り換えて制御することを特徴とするものである。

また、第三発明による無段変速機の油圧制御装置は、前記第二発明において、
前記トルクコンバータのロックアップ状態での前記ライン圧指示圧の上昇率を、該トルクコンバータのコンバータ状態での前記ライン圧指示圧の上昇率よりも大きくして制御することを特徴とするものである。

さらに第四発明による無段変速機の油圧制御装置は、前記第二発明において、
前記トルクコンバータのロックアップクラッチが締結状態にあるロックアップ時には前記ライン圧指示圧の上昇率を制限せず、該ロックアップクラッチが解放状態にあるコンバータ時には前記ライン圧指示圧の上昇率を制限するよう制御することを特徴とするものである。

第一発明による無段変速機の油圧制御装置は、変速レンジが中立レンジから走行レンジに移行したとき、前記ライン圧指示圧を一定時間所定の小さい値に指示し、その後、目標とする指示圧にステップ上昇させるライン圧制御を行う無段変速機において、変速機の変速レンジをＮレンジからＤレンジに切り換えた時に、自動変速機の変速機構を動作させるための作動油のライン圧を最大値まで上昇させるに際し、ライン圧を発生させるためのライン圧指示圧を従来のようにステップ入力により一気に最大値まで上昇させず、ライン圧を最大値まで上昇させるためのライン圧指示圧の上昇率を、ステップ入力による場合の上昇率よりも緩やかなものとするように制御することとしている。

それによって、ライン圧指示圧を一気に最大値まで上昇させる場合よりも、ライン圧制御弁のスプールの応答遅れを考慮してライン圧の上昇をより緩やかなものとし、それによってライン圧が上昇したときのオーバーシュートの発生を抑制し、このオーバーシュート発生による変速機構、特に無段変速機のプーリに過度の圧力が加わったり、オイルポンプを駆動するためのチェーンに過剰な負荷が加わることを効果的に防止することが可能となる。

また第二発明による無段変速機の油圧制御装置は、前述したライン圧の上昇を制御するに際し、トルクコンバータのロックアップクラッチが締結状態、すなわちロックアップ状態にある時と、ロックアップクラッチが解放状態、すなわちコンバータ状態にある時にはライン圧指示圧の上昇率を切り換えて制御を行うこととしている。

すなわち第二発明によれば、トルクの立ち上がりが速いロックアップ時と、トルクの立ち上がりが遅いコンバータ時とで上昇率の制御を切り換えることにより、応答遅れによるベルト滑りの発生を防いで前述した第一発明の効果をより高めることが可能となる。

この場合、第三発明の如く、トルクコンバータのロックアップ状態でのライン圧指示圧の上昇率を、トルクコンバータのコンバータ状態でのライン圧指示圧の上昇率よりも大きくして制御することが好適である。それによって、応答遅れによるベルト滑りの発生を防いで前述した第一発明の効果をより一層高めることが可能となる。

さらに第四発明による無段変速機の油圧制御装置は、前述したライン圧の上昇を制御するに際し、トルクコンバータのロックアップクラッチが締結状態、すなわちロックアップ状態にある時にはライン圧指示圧の上昇率を制限する制御を行わず、一方、ロックアップクラッチが解放状態、すなわちコンバータ状態にある時にはライン圧指示圧の上昇率を制限する制御を行うこととしている。

このように制御することによっても、応答遅れによるベルト滑りの発生を防ぎつつライン圧のオーバーシュートを抑制して前述した第一発明の効果をさらに高めることが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。なお、この実施形態における無段変速機は前述した図1に示したものと同様とし、またライン圧制御弁も前述した図2に示したものと同様とするため、それぞれ説明は省略する。

図4は本発明による自動変速機の油圧制御装置において、変速機の変速レンジをＮレンジからＤレンジに切り換えた時のライン圧指示圧、実ライン圧およびトルク応答の変化を示すタイムチャートである。

本発明においても、変速機の変速レンジをＮレンジからＤレンジに切り換えると、図示しない制御装置（ライン圧制御手段を含む）に組み込まれたプログラムが、図4(a)に示すように、変速機構に選択された変速レンジに応じた動作を行わせるためのセレクト指令圧を、Ｎレンジに対応する値からＤレンジに対応する値に切り換え、同時に、目標とする値のライン圧P_Lを発生させるために、ソレノイド弁に送信する信号に応じた指示圧P_Cを設定し、出力する。上記プログラムは、図4(b)に破線で示すように、指示圧P_Cを一定時間所定の小さい値（設定圧）P_Lminに維持し、その後、指示圧P_Cの値を目標とする値P_LMAXまで上昇させる。

本発明においては、図4(b)に示すように、目標とする値のライン圧P_LMAXを発生させるための指示圧P_Cを、従来のステップ入力のように瞬間的に垂直に急上昇させず、ある時間を要して上昇させることとしている。すなわち、指示圧P_Cの上昇率（時間に対する指示圧P_Cの変化）を、ステップ入力を最大とすると、それよりも低い値に制限して指示圧P_Cを上昇させている。これは、従来のように指示圧P_Cの値を一気にP_Lmaxまで上昇させた場合、前述したようにライン圧P_Lに生じるオーバーシュートが大きくなり、それによって無段変速機のプーリに過度の圧力が加わったり、オイルポンプを駆動するためのチェーンに過剰な負荷が加わるのを防ぐためである。

その結果、図4(c)に示すように実際のライン圧（実ライン圧）P_Lも緩やかに立ち上がるようになり、後述するように、従来の油圧制御のようにライン圧が急激に立ち上がることにより生じるオーバーシュートを抑制することが可能となる。

また、本発明においては、指示圧P_Cの上昇率を、トルクコンバータのロックアップクラッチが締結状態にあるロックアップ状態と、ロックアップクラッチが解放状態にあるコンバータ状態とで異なるものとなるように制御している。

これは図4(d)に示すようにロックアップ状態とコンバータ状態とではトルク応答の立ち上がりが異なり、特にコンバータ状態ではトルクの立ち上がりがロックアップ状態よりも遅い（緩やか）ことによる。本発明においては、このトルク応答の立ち上がりの違いを考慮して、指示圧P_Cの上昇率を両者で異なるものとしているのである。つまり、ロックアップ状態ではトルク応答の立ち上がりが速いため、これに合わせて指示圧P_Cの上昇率を大きく（傾斜を急に）し、一方コンバータ状態ではトルク応答の立ち上がりが遅いため、これに合わせて指示圧P_Cの上昇率を小さく（傾斜を緩やかに）しているのである。

このような制御を行うことにより、図4(c)に示すように実ライン圧の立ち上がりもロックアップ状態とコンバータ状態とでは異なり、コンバータ状態では、実トルク応答の立ち上がりに対応させて、指示圧P_Cの立ち上がりが緩やかであることに応答して実ライン圧P_Lの立ち上がりもロックアップ状態の場合に比べて時間遅れを持って生じている。

そして、上述した油圧制御を行うことにより、図5に示すようにライン圧P_Lに生じるオーバーシュートを小さくすることができる。これは、前述したように、目標とする値のライン圧P_Lを発生させるための指示圧P_Cを、従来のステップ入力のように瞬間的に垂直に急上昇させずに緩やかに上昇させ、それによって実際のライン圧（実ライン圧）P_Lも急激に立ち上がることがないように制御していることによるものである。

図6は上述した油圧制御を行う処理手順を示すフローチャートである。以下、その手順を説明する。なお、ここではトルクコンバータがロックアップ状態の時には上昇率の制限を行わない場合の手順を示している。

まずステップS11で必要なライン圧、すなわち目標とするライン圧（図4，5のP_Lmax）を求め、次いでステップS12でトルクコンバータがロックアップ状態であるか否かを判断する。ここでトルクコンバータがロックアップ状態ではない(LU off)、すなわちコンバータ状態の時には、ステップS13で指示圧P_Cの上昇率を制限する油圧制御を行う。一方、トルクコンバータがロックアップ状態(LU on)の時にはステップS14で指示圧P_Cの上昇率を制限しない油圧制御を行う。

そして、図7は油圧（ライン圧指示圧P_C）の上昇率と実ライン圧に発生するオーバーシュートの大きさとの関係を示すグラフである。ここで、縦軸のオーバーシュート率とは、実ライン圧P_Lmaxの値と、オーバーシュートのピーク値から実ライン圧P_Lmaxを引いた値、すなわち実ライン圧P_Lmaxからどれだけオーバーシュートしているかを示す値との比を示すものであり、例えばオーバーシュート率が50％とは、実ライン圧P_Lmaxからオーバーシュートした高さがP_Lmaxの半分であることを意味する。

図7において、上昇率制限無し(1)，(2)とは、本発明による制御を用いてライン圧指示圧P_Cの上昇率を制限しない、すなわち従来のステップ入力の場合のオーバーシュート率を示すものであり、特に(1)ではオーバーシュート率が80％を上回る、かなり高い値を示しており、この場合、オーバーシュートのピークに相当する圧力が、前述したオイルポンプを駆動するチェーンに過剰の負荷を与えることになる。

図7では、オーバーシュート率の目標値を46％〜50％と設定し、複数の異なるライン圧指示圧P_Cの上昇率に対するオーバーシュート率をプロットしている。図より、ライン圧指示圧P_Cの上昇率を26％〜27％程度に設定すると、前述したオーバーシュート率の目標値に到達することが理解される。

本来、このオーバーシュート率はできるだけ低いことが望ましいことは言うまでもないが、図に示されているようにオーバーシュート率を低くしようとすると、ライン圧指示圧P_Cの上昇率をより小さく、すなわちライン圧指示圧P_Cの上昇がより緩やかになるようにしなければならなくなる。その結果、実ライン圧P_Lの上昇が必要以上に緩やかになったり、立ち上がりが遅れたりするという弊害が生じる。

これを防ぐため、図7に示すように、ある程度のオーバーシュートを許容しつつ、最適な実ライン圧P_Lの上昇が得られるようなライン圧指示圧P_Cの上昇率を設定することが必要となる。なお、この場合のオーバーシュート率の目標値は、前述したように、オーバーシュートのピークが、前述した無段変速機のプーリやオイルポンプを駆動するチェーンに過剰な負荷が加わらないようなレベルの値に設定することは言うまでもない。

以上説明したように、本発明による無段変速機の油圧制御装置は、変速機の変速レンジをＮレンジからＤレンジに切り換えた時にライン圧を最大値まで上昇させた際に生じるオーバーシュートを抑制し、このオーバーシュート発生による変速機構、特に無段変速機のプーリに過度の圧力が加わったり、オイルポンプを駆動するためのチェーンに過剰な負荷が加わることを効果的に防止することが可能となる。

ベルト式無段変速機の一例を示す断面図である。図1の変速機に用いる調圧弁とその動作を概略示す図である。従来の制御によるセレクト指令圧およびライン圧の変化を示すタイムチャートであり、(a)はセレクト指令圧、(b)はライン圧の変化を示し、特にライン圧に過度のオーバーシュートが発生した状態を示している。本発明に係る制御によるセレクト指令圧、ライン圧指示圧、実ライン圧およびトルク応答の変化を示すタイムチャートであり、(a)はセレクト指令圧、(b)はライン圧指示圧、(c)は実ライン圧、(d)はトルク応答の変化をそれぞれ示す。本発明に係る制御によるライン圧の変化を示すタイムチャートである。本発明に係る制御の処理手順を示すフローチャートである。本発明に係る制御における、ライン圧指示圧の上昇率とオーバーシュートの大きさとの関係を示すグラフである。

符号の説明

10 無段変速機
11 変速機ケース
12 変速機構
13 オイルポンプ
14 トルクコンバータ
15 入力軸
16 プライマリプーリ
17 コンバータシェル
18，20 スプロケット
19 オイルポンプ13の駆動軸
21 チェーン
30 調圧弁
31 調圧弁本体
32 スプール
33 ばね
34，35，36，37 ポート

Claims

トルクコンバータと、
エンジンと連結したベルト式無段変速機と、
エンジンにより駆動するオイルポンプと、
該オイルポンプを元圧とする前記無段変速機のライン圧を発生・制御するライン圧制御弁と、
前記ライン圧制御弁でライン圧を発生させるためのライン圧指示圧を当該ライン圧制御弁に指令するライン圧制御手段とを具え、
エンジンからの回転をトルクコンバータを介して前記ベルト式無段変速機に入力し、当該変速機によって変速された前記エンジンからの回転を駆動輪に伝達する無段変速機であって、
前記オイルポンプを前記変速機構の主軸から離間させて配置すると共に、前記エンジンによって回転する第一のスプロケットとチェーンを介して連結した第二のスプロケットと該オイルポンプの回転軸とを結合し、前記エンジンの回転により前記オイルポンプを駆動し、変速レンジが中立レンジから走行レンジに移行したとき、前記ライン圧指示圧を一定時間所定の小さい値に指示し、その後、目標とする指示圧にステップ上昇させるライン圧制御を行う無段変速機において、
前記ライン圧制御手段が、前記無段変速機の変速レンジが中立レンジから走行レンジに移行した時に、前記ライン圧指示圧の上昇率を、予め定めた値よりも小さい値に制限するよう制御することを特徴とする無段変速機の油圧制御装置。
請求項１記載の装置において、
前記トルクコンバータがロックアップクラッチを有するものであって、
前記トルクコンバータのロックアップクラッチが締結状態にあるロックアップ時と、該ロックアップクラッチが解放状態にあるコンバータ時とで前記ライン圧指示圧の上昇率を切り換えて制御することを特徴とする無段変速機の油圧制御装置。
請求項２記載の装置において、
前記トルクコンバータのロックアップ状態での前記ライン圧指示圧の上昇率を、該トルクコンバータのコンバータ状態での前記ライン圧指示圧の上昇率よりも大きくして制御することを特徴とする無段変速機の油圧制御装置。
請求項２記載の装置において、
前記トルクコンバータのロックアップクラッチが締結状態にあるロックアップ時には前記ライン圧指示圧の上昇率を制限せず、該ロックアップクラッチが解放状態にあるコンバータ時には前記ライン圧指示圧の上昇率を制限するよう制御することを特徴とする無段変速機の油圧制御装置。