JP4456256B2

JP4456256B2 - 車両用自動変速機の制御装置

Info

Publication number: JP4456256B2
Application number: JP2000341777A
Authority: JP
Inventors: 歩誠鈴木
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2000-11-09
Filing date: 2000-11-09
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2020-11-09
Also published as: EP1205339A2; EP1205339A3; EP1205339B1; US20020055412A1; JP2002144923A; US6551213B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車等に搭載される自動変速機の制御装置に関し、特に、複数の変速ギヤ列を有する自動変速機に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
運転者の手動操作により変速操作を行うマニュアル式変速機（ＭＴ）は、エンジンに連結され複数の駆動歯車が装着される入力軸と、駆動歯車と対となった複数の従動歯車が装着され駆動輪に連結される出力軸とを有しており、入力軸と出力軸との間には複数の変速ギア列が設けられている。このＭＴにあっては、変速時にクラッチを切断後、複数の変速ギヤ列の中から、動力の伝達を行う歯車対の切り換えをシンクロメッシュ機構などの切り換え機構を手動により切り換え、クラッチを接続することで変速動作つまりシフトチェンジが行われる。
【０００３】
このシフトチェンジとクラッチ操作を油圧アクチュエータによって行うようにすると、マニュアル式変速機の構成をベースとした自動変速機とすることができる。複数の変速ギヤ列を有するこのタイプの自動変速機（Automated Manual Transmission。以下ＡＭＴと略す）は、自動変速機構にプラネタリーギヤなどを有する通常のトルクコンバータ式自動変速機（ＡＴ）に比して部品点数を少なくして軽量化を図り易く、しかも駆動系の伝達効率が高いという利点を有している。
【０００４】
このＡＭＴでは、クランク軸と入力軸との間にこれらを接続状態と切断状態に切り換えるメインクラッチが設けられるが、このメインクラッチとしては、乾式クラッチと比べて耐久性と制御性とに優れる湿式クラッチが使われることがある。湿式クラッチは、クランク軸に固定される駆動側クラッチディスクと、入力軸に固定される被駆動側クラッチディスクとを、圧着、離反することにより動力の伝達と遮断を行うようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、駆動側クラッチディスクと被駆動側クラッチディスクとの間には潤滑油が満たされるため、クラッチ切断時に潤滑油の流体摩擦によるドラッグトルクが発生することになる。したがって、湿式クラッチを用いたＡＭＴのダウンシフト時における入力軸の回転数は、ダウンシフト時に湿式クラッチを切断すると同時にエンジンのスロットルを絞ると、湿式クラッチのドラッグトルクにより大きく落ち込むことになる。そのため、入力軸と出力軸との回転差が大きくなり回転同期を行うシンクロメッシュ機構の負荷が過大となり、変速時間が伸びたりシンクロメッシュ機構の損傷が起こりかねないという問題があった。特に低油温時には潤滑油の粘度が大きくなることからその傾向が強くなる。
【０００６】
この不具合を改善するために例えば特許第2873690号公報に示される機構では、湿式クラッチの潤滑回路にバルブを設けて変速時に湿式クラッチ内の潤滑油を排出するようにしている。しかし、潤滑油を排出することによりドラッグトルクを低減することはできるが、そのために複雑な潤滑経路が必要となりスペースやコスト上の問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、湿式クラッチを用いた車両用自動変速機の変速特性を向上することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の車両用自動変速機の制御装置は、複数の駆動歯車が設けられた入力軸と、前記駆動歯車と噛み合う複数の従動歯車が設けられた出力軸と、前記入力軸から前記出力軸に対し動力を伝達する変速ギヤ列の切り換え及び回転同期を行う変速ギヤ列切換機構とを備え、前記変速ギヤ列の切り換えをアクチュエータによって行う車両用自動変速機の制御装置であって、エンジンの回転数を調整する電子制御スロットルと、前記エンジンと前記入力軸との間に設けられ、前記エンジンと前記入力軸とを接続、切断する湿式クラッチと、前記アクチュエータによる前記変速ギヤ列の低速段への切り換え時には、前記湿式クラッチを切断した状態で、前記電子制御スロットルを開動作して前記エンジンの回転数を前記入力軸の回転数より所定値だけ高く設定して、前記入力軸と前記出力軸との回転差を小さくする制御手段とを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の車両用自動変速機の制御装置は、前記湿式クラッチに満たされる潤滑油の油温が低いほど前記所定値を小さく設定するのがよい。
【００１０】
本発明にあっては、変速ギヤ列の低速段への切り換え中のエンジンの回転数を入力軸の回転数より所定値だけ高く設定することにより、湿式クラッチを用いた車両用自動変速機の変速特性を向上することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態である車両用自動変速機を示すスケルトン図である。
【００１２】
図１に示すエンジン１には、エンジントルクやエンジン回転数を調整する電子制御スロットル２が設けられており、通常は図示しないアクセルペダルの踏込み量に応じた電子制御装置からの出力信号により電子制御スロットル２を開閉してエンジン制御を行う。また、電子制御スロットル２は、必要に応じてアクセルペダルの踏込み量に関係なく、検出された運転状態により予め設定されたマップなどに基づきアクチュエータにより開閉してエンジン制御を行うことが可能である。
【００１３】
エンジン１により発生した動力を駆動輪に伝達する車両用自動変速機は、エンジン１のクランク軸３に連結される入力軸４と、これに平行となり駆動輪に連結される出力軸５とを有している。エンジン１のクランク軸３と入力軸４との間には図示しないアクチュエータにより制御される湿式クラッチ６が入力クラッチつまりメインクラッチとして設けられており、エンジン１と入力軸４との接続と切断とを自動的に行うようになっている。この湿式クラッチ６は、クランク軸３に固定されたクラッチドラム７に設けられた複数の駆動側クラッチディスク７ａと、入力軸４に固定されたクラッチハブ８に設けられた複数の被駆動側クラッチディスク８ａとを有している。これらの駆動側クラッチディスク７ａと被駆動側クラッチディスク８ａとを圧着することによりエンジン１と入力軸４とを接続し、変速動作時にはそれぞれのディスクを離反することによりエンジン１と入力軸４とを切断するようになっている。湿式クラッチ６の内部には潤滑油としてのＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）が満たされており、ＡＴＦの流体摩擦や冷却効果により制御性や耐久性を向上させている。
【００１４】
入力軸４には第１速から第５速までの駆動歯車１１〜１５が回転自在に取り付けられており、出力軸５には第１速から第５速までの従動歯車２１〜２５が固定されている。それぞれの駆動歯車１１〜１５は対応する従動歯車２１〜２５に噛み合って変速ギヤ列となっており、動力を伝達することになる変速ギヤ列を切り換えることによって変速動作が行われる。
【００１５】
入力軸４には第１速の駆動歯車１１と第２速の駆動歯車１２との間に切り換え機構としての第１のシンクロメッシュ機構３１が設けられている。また、第３速の駆動歯車１３と第４速の駆動歯車１４との間に第２のシンクロメッシュ機構３２が設けられ、第５速の駆動歯車１５に隣接させて第３のシンクロメッシュ機構３３が設けられている。入力軸４と出力軸５には、それぞれ図示しない後退用の歯車が設けられており、図示しないアイドラギヤを介して両方の後退用歯車を噛み合わせることにより、入力軸４の回転は逆転して出力軸５に伝達される。
【００１６】
シンクロメッシュ機構３１は入力軸４に固定されたシンクロハブ３１ａとこれに常時噛み合うシンクロスリーブ３１ｂとを有し、このシンクロスリーブ３１ｂを第１速の駆動歯車１１に一体形成されたスプライン１１ａに噛み合わせると、変速比は第１速に設定され、逆に第２速の駆動歯車１２に一体形成されたスプライン１２ａに噛み合わせると第２速に設定される。他のシンクロメッシュ機構３２、３３も同様に、入力軸４に固定されたシンクロハブ３２ａ、３３ａと、これらをそれぞれ常時噛み合うシンクロスリーブ３２ｂ、３３ｂとを有し、これらにそれぞれ対応するスプライン１３ａ、１４ａおよび１５ａのいずれかに噛み合わせることにより、変速比は第３速から第５速に設定される。なお、それぞれのシンクロスリーブ３１ｂ、３２ｂおよび３３ｂの軸方向の噛み合い移動によるシフトチェンジ動作は、図示しないアクチュエータにより自動的に行われるようになっている。
【００１７】
一方、この車両用自動変速機では、前述のように電子制御スロットル２、湿式クラッチ６、シフトチェンジの作動はそれぞれアクチュエータによって自動的に行われるようになっている。これらのアクチュエータは制御手段としての制御装置４１によりその作動が制御されている。制御装置４１には、エンジン回転数センサ４２、入力軸回転数センサ４３、ＡＴＦ油温センサ４４からの信号が入力されている。これにより制御装置４１は、エンジン回転数センサ４２、入力軸回転数センサ４３により検出されたエンジン１の回転数Ｎｅと入力軸４の回転数Ｎｍと、ＡＴＦ油温センサ４４により検出されたＡＴＦの油温などの情報から車両の運転状態を判断し、予め設定されたマップに基づいて各アクチュエータの作動を制御することにより変速動作が自動的に行われる。
【００１８】
次に、図１の車両用自動変速機における変速動作について説明する。まず、エンジン駆動状態のもとで車両室内に設けられたセレクトレバーを運転者が操作することによりニュートラルが選択されたとする。このとき湿式クラッチ６は、制御装置４１に制御されるアクチュエータによりエンジン１と入力軸４とを切断する状態に保持される。
【００１９】
セレクトレバーにより前進段が選択されると、制御装置４１は、湿式クラッチ６を接続するようにアクチュエータを制御し、エンジン１と入力軸４とは接続状態となる。この時、湿式クラッチ６の作動優先順序は、シンクロスリーブ３１ｂがスプライン１１ａに噛み合って第１速の変速ギヤ列が動力伝達状態となることを達成させてから湿式クラッチ６を係合するように作動させる。これにより、エンジン１の動力は湿式クラッチ６を介して入力軸４に伝達され、車両は走行することになる。
【００２０】
アクセル開度が増すにつれて、電子制御スロットル２が開動作し、車速の上昇に伴い、アップシフト変速動作が行われ、車速の低下やアクセルペダルを深く踏み込んだキックダウン操作時に伴ってダウンシフト変速動作が行われる。これらの変速動作に際しては、湿式クラッチ６は切断状態となり、エンジン回転数はスロットルバルブを絞ることにより下げられる。例えば第１速から第２速へアップシフトが行われるときには、湿式クラッチ６を切断状態として、スプライン１１ａに噛み合っているシンクロスリーブ３１ｂを第２速の駆動歯車１２のスプライン１２ａに噛み合わせた後に、湿式クラッチ６を再接続する。これに対して、第２速から第１速へダウンシフトが行われるときには、湿式クラッチ６を切断状態として、シンクロスリーブ３１ｂがスプライン１１ａに噛み合わせた後に、湿式クラッチ６を再接続する。他の変速段へのアップシフト変速動作およびダウンシフト変速動作についても同様であり、これらの変速動作は制御装置４１に予めプログラムされた変速パターンに従って自動的に行われる。
【００２１】
一方、前述のように湿式クラッチ６は、その内部にＡＴＦが満たされているため、駆動側クラッチディスク７ａと被駆動側クラッチディスク８ａとの間にはＡＴＦの流体摩擦によるドラッグトルクが発生する。そのため、入力軸４の回転数Ｎｍは湿式クラッチ６の切断時であってもそのドラッグトルクによりクランク軸３の回転数の変化に伴って変化することになり、変速動作時にスロットルバルブを大きく絞ってエンジン回転数を低下させると、エンジン回転数が入力軸４の回転数よりも低くなる。エンジン回転数が低くなると、アップシフト動作に際しては円滑に変速動作を行うことができても、ダウンシフト動作の際には、シンクロメッシュ機構の負荷が過大となってしまう。
【００２２】
そこで、この自動変速機にあっては、ダウンシフト時には、エンジン１の回転数Ｎｅを入力軸４の回転数Ｎｍより補正値αだけ高くなるように制御し、入力軸４の回転数Ｎｍをシンクロメッシュ機構の回転同期に必要な回転数にまで引き上げるようにしている。
【００２３】
図２（Ａ）は、図１に示す自動変速機における第２速から第１速にシフトチェンジする際の制御手順を示したフローチャートであり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）に示すフローチャートにおけるＥＴＣのサブルーチンを示したフローチャートである。また図３（Ａ１）〜（Ａ４）は図１に示す車両用自動変速機における第２速から第１速にシフトチェンジする際の制御状態を示したタイムチャートであり、図３（Ｂ１）〜（Ｂ４）は比較例としてＥＴＣ制御を行わない場合における制御状態を示したタイムチャートである。
【００２４】
図２に示すフローチャートを参照して第２速から第１速へのダウンシフト変速動作における制御手順を示すと、車速の低下やアクセルを深く踏み込んだキックダウン操作によりステップＳ１においてダウンシフトが必要と判断されたときには、制御装置４１から第２速から第１速への変速指令が出される。変速指令が出されると、ステップＳ２において湿式クラッチ６が図３（Ａ３）に示すようにクランク軸３と入力軸４とを切断する状態に制御される。
【００２５】
次に、ステップＳ３において図３（Ａ４）に示すようにスプライン１２ａに噛み合っているシンクロスリーブ３１ｂをスプライン１１ａへの噛み合わせに切り換えるシフトチェンジ動作を開始する。シンクロスリーブ３１ｂのシフトストロークが増し、ニュートラルの位置に達したときには入力軸４と出力軸５との動力伝達は行われなくなる。よって、入力軸４の回転数Ｎｍは、湿式クラッチ６のドラッグトルクによりクランク軸３の回転数に伴って変化するようになる。
【００２６】
シンクロスリーブ３１ｂの切り換え動作に伴い、ステップＳ４のＥＴＣ制御が実行される。ＥＴＣ制御とは、電子制御スロットル２をアクセルペダルの踏込み量に関係なく、検出された運転状態により予め設定されたマップなどに基づき行う制御のことである。ＥＴＣ制御が実行されると、図２（Ｂ）に示すように、ステップＳ５においてエンジン回転数センサ４２、入力軸回転数センサ４３、ＡＴＦ油温センサ４４からの信号を読み出してエンジン回転数Ｎｅ、入力軸回転数Ｎｍ、ＡＴＦ油温を検出する。
【００２７】
図４は、図１の車両用自動変速機におけるＡＴＦ油温と回転数補正値αとの関係を示す特性図であり、ステップＳ５において検出したＡＴＦ油温からステップ６では所定の回転数補正値αを設定する。ＡＴＦの粘度は油温が高いときには小さく、油温が低くなるにつれて大きくなる特性を持つ。そのため、油温が低くなるにつれて流体摩擦が大きくなり、湿式クラッチ６におけるドラッグトルクも増大することになる。ステップＳ６では、この油温の変化に関わらずシンクロメッシュ機構３１の回転同期が円滑になされるべく入力軸４の回転数を適正な回転数に維持するために、所定の回転数補正値αを油温に応じた値に設定するようにしている。
【００２８】
次に、ステップＳ７では、設定された回転数補正値αをもとに、入力軸４の回転数Ｎmと回転数補正値αとを加算した回転数とエンジン回転数Ｎeとが比較される。ステップＳ７においてエンジン１の回転数Ｎｅが入力軸４の回転数Ｎｍと補正値αの加算値よりも高い場合には、ステップＳ８が実行されて電子制御スロットル２の開度を絞り回転数Ｎｅを低下させる。反対に、エンジン１の回転数Ｎｅが入力軸４の回転数Ｎｍと補正値αの合計に満たない場合には、ステップＳ９が実行されて電子制御スロットル２の開度を増して回転数Ｎｅを上昇させる。すなわち、電子制御スロットル２の開度は図３（Ａ２）に示すように変速動作中にスロットルの絞り量を調整し、図３（Ａ１）に示すようにエンジン１の回転数Ｎｅを入力軸４の回転数Ｎｍより補正値αだけ高くなるように制御する。
【００２９】
ステップＳ１０においてシフトチェンジが完了したことが判断されたならば、ステップＳ１１において湿式クラッチ６を接続させる。これにより、ダウンシフト動作が終了する。
【００３０】
比較例として示す図３（Ｂ１）〜（Ｂ４）に示すように、ＥＴＣ制御を行わずにダウンシフト動作を行い、スロットルバルブを閉じてエンジン回転数Ｎeを入力軸の回転数よりも低くすると、湿式クラッチのドラッグトルクは入力軸４の回転数Ｎｍを低める方向に働く。このため、シンクロメッシュ機構にはドラッグトルクによる大きな負荷が加わり、ダウンシフト時間が長くなる。これに対して、本発明の自動変速機にあっては、図３（Ａ１）〜（Ａ４）に示すように、入力軸４と出力軸５の回転数の差は小さくなり、シンクロメッシュ機構３１の負担が軽減する。このような状態でシンクロスリーブ３１ｂを第１速のスプライン１１ａに噛み合わせることにより、素早いシフトチェンジ動作が可能となる。
【００３１】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【００３２】
たとえば、図２は第２速から第１速にダウンシフトする場合を示すが、第３速から第２速へのダウンシフトなど他の変速段へのダウンシフトの場合にも同様に制御することができる。また、自動変速機にトルクコンバータを設けるようにしても良く、その場合には、トルクコンバータ内に湿式クラッチ６を組み込むようにしても良い。さらに、変速ギヤ列の切り換え機構としては、シンクロメッシュ機構３１〜３３が使用されているが、これに限られることなく、ドッグクラッチ切り換え機構などを用いるようにしても良い。
【００３３】
図示する実施の形態の場合には変速段数が前進５段となっているが、変速段については任意の段数とすることができ、副変速機を有する動力伝達装置にも本発明を適用することができる。図示する車両用自動変速機は２輪駆動車用であるが、４輪駆動車にも本発明を適用することができる。また、この変速機の車両への配置方向は、入力軸と出力軸が車両の前後方向を向いた縦置き式であっても、入力軸と出力軸が車幅方向を向いた横置き式であっても本発明を適用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、変速ギヤ列の低速段への切り換え中には、エンジンの回転数は入力軸の回転数より所定値だけ高く設定されるので、湿式クラッチのドラッグトルクは入力軸の回転を高める方向に働く。そのため、入力軸と出力軸の回転数の差が小さくなるため、素早い変速や、変速終了後クラッチを再結合する際に発生するショックの軽減が可能となり、湿式多板クラッチを用いた車両用自動変速機の変速特性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である車両用自動変速機を示すスケルトン図である。
【図２】（Ａ）は図１に示す車両用自動変速機における第２速から第１速にシフトチェンジする際の制御手順を示したフローチャートであり、（Ｂ）は同図（Ａ）におけるＥＴＣ制御のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図３】（Ａ１）〜（Ａ４）は図１に示す車両用自動変速機における第２速から第１速にシフトチェンジする際の制御状態を示したタイムチャートであり、（Ｂ１）〜（Ｂ４）は比較例としてＥＴＣ制御を行わない場合における同様のタイムチャートである。
【図４】図１の車両用自動変速機におけるＡＴＦ油温と回転数補正値の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１エンジン
２電子制御スロットル
４入力軸
５出力軸
６湿式クラッチ
１１〜１５駆動歯車
２１〜２５従動歯車
３１〜３３シンクロメッシュ機構
４１制御装置

Claims

複数の駆動歯車が設けられた入力軸と、前記駆動歯車と噛み合う複数の従動歯車が設けられた出力軸と、前記入力軸から前記出力軸に対し動力を伝達する変速ギヤ列の切り換え及び回転同期を行う変速ギヤ列切換機構とを備え、前記変速ギヤ列の切り換えをアクチュエータによって行う車両用自動変速機の制御装置であって、
エンジンの回転数を調整する電子制御スロットルと、
前記エンジンと前記入力軸との間に設けられ、前記エンジンと前記入力軸とを接続、切断する湿式クラッチと、
前記アクチュエータによる前記変速ギヤ列の低速段への切り換え時には、前記湿式クラッチを切断した状態で、前記電子制御スロットルを開動作して前記エンジンの回転数を前記入力軸の回転数より所定値だけ高く設定して、前記入力軸と前記出力軸との回転差を小さくする制御手段とを有することを特徴とする車両用自動変速機の制御装置。
請求項１記載の車両用自動変速機の制御装置において、前記湿式クラッチに満たされる潤滑油の油温が低いほど前記所定値を小さく設定することを特徴とする車両用自動変速機の制御装置。