JP5039611B2 - 自動変速機の過回転防止制御方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車における自動変速機の回転軸が過回転することを抑制するための過回転防止制御装置及び方法に関する。

手動変速機の自動車はトルクコンバータを用いた変速機を搭載するものに比べ燃費が優れており、最近では、手動変速機の機構を用いてクラッチとギアチェンジを自動化したシステム、自動化マニュアルトランスミッション（以下自動ＭＴと称す）が開発されている。従来型手動変速機と同様にエンジンと変速機との間に駆動力を断・接可能な摩擦クラッチを１つ有する初期の自動ＭＴでは、アップシフト，ダウンシフトといった変速段切替えの際に、上記摩擦クラッチの解放・締結操作を伴うため、加速度変動が発生し、乗員に違和感を与えることがある。そこで、特開２０００−６５１９９号公報に記載されているように、従来の自動ＭＴに変速中のトルク伝達を行うために第２の摩擦式クラッチ（アシストクラッチ）を変速機の入力軸と出力軸の間に設ける自動変速機が提案されている。このアシストクラッチを設けた自動ＭＴにおける変速時の制御では、変速開始時に噛合い式クラッチが締結されている状態からアシストクラッチを押し付けることでアシストクラッチが滑りながらトルク伝達を行い、所定のトルク伝達が実現した状態で、噛合い式クラッチを解放する。このように、変速動作の開始において噛合い式クラッチからアシストクラッチに変更することで変速中のトルク伝達を実現している。

また、エンジンからの駆動力伝達軸に対し、複数の入力軸を持つとともに摩擦式クラッチを有し、各軸に設けた噛合い式クラッチにより締結された変速ギア段によりトルク伝達を行う所謂ツインクラッチ自動ＭＴが近年実用化されている。

このツインクラッチ自動ＭＴでは、例えば各軸に奇数ギア段，偶数ギア段が割付けられており、所定ギア段にて走行中は所定ギア段に該当する軸の摩擦式クラッチ及び噛合い式クラッチが締結することでトルク伝達を行う。所定ギア段に該当しない軸は摩擦式クラッチが解放状態であり他方の軸にてトルク伝達している状態においても拘束されることなく噛合い式クラッチの操作（選択ギア段の切替え）を行うことができる。よって変速開始前に予め予測されるギア段を選択しておくことが可能となり、変速中は噛合い式クラッチは締結させたまま、所望のタイミングによりこれまで締結していた摩擦式クラッチを解放するととも解放状態にあった摩擦式クラッチを締結させて伝達トルクの架け替えを行うことによりトルク伝達しながら変速（ギア段切替え）を実現するものである。

これら自動ＭＴシステムは、従来運転者が行っていた変速・発進時の変速機操作（クラッチ解放・締結，ギアシフトレバー切替え等）を自動化し、更に運転フィーリングを向上させ、従来のトルクコンバータを有する変速機を凌ぐ性能を確保するに至っている。

特開２０００−６５１９９号公報

自動ＭＴシステムにおいても、従来トルクコンバータを有する変速機システム同様にＰ（パーキング），Ｒ（リバース），Ｎ（ニュートラル），Ｄ（ドライブ）レンジといった運転者によって選択可能なシフトレンジを有する。従来トルクコンバータを有する変速機システムでは、走行中（Ｄレンジ走行中またはＲレンジ走行中）にＮレンジ操作を行った場合、変速機システムは油圧ドレーンにより締結ギアが解放され、ニュートラル状態（エンジン駆動力を伝達しない）を実現している。

一方、上述したように自動ＭＴシステムではエンジン出力軸から変速機出力軸の間に、従来手動変速機と同様にエンジン駆動力を断・接可能な摩擦クラッチ及び変速ギア段を選択可能な噛合いクラッチを有している。ニュートラル状態（中立制御状態）を示す思想的な観点も加味され、運転者によってＮレンジが選択された場合などには、上記の摩擦クラッチ及び噛合いクラッチの全てを解放動作させることが一般的となっている。

ここで自動ＭＴシステム構成上、エンジンからの回転数・駆動力は、手動変速機と同様に摩擦クラッチを介して変速機入力軸に伝達され、さらに変速ギア段を選択する噛合いクラッチを介して変速機出力軸へと伝達が行われる。このため、運転者のＮレンジ操作などにより、摩擦クラッチ及び噛合いクラッチを解放した場合には、変速機入力軸は、エンジン及び変速機出力軸から切り離され、フリーの状態となる。

このフリー状態となる入力軸の回転数は、エンジンと変速機入力軸を断・接する摩擦クラッチ部の引き摺りトルク（フリクション）と、噛合いクラッチによる選択される変速ギア段（歯車）部分の引き摺りトルク（フリクション）の大小関係により決定され、変速ギア段（歯車）部の引き摺りトルクが大きい場合には、出力軸の回転数が、変速機が有する最も低速の変速ギア段を介して入力軸を回転数させることになる。

ここで高車速状態すなわち出力軸回転数が高いときには、出力軸回転数を低速ギア段のギア比で増速した回転数に引き摺られて入力軸が回される可能性があるため、変速機入力軸を支える軸受け部及び構成部品は、上記回転数を許容できる強度・耐久性設計がなされている。この強度・耐久性確保による部品点数増加及び設計・製造コストアップが懸念されるところである。

本発明の目的は、変速機入力軸の回転数に対する強度・耐久性確保に伴う部品点数増加及びコストアップが懸念されることに鑑みてなされ、変速機入力軸の回転数の過回転を防止し、強度・耐久性設計の許容回転数を下げることが可能な自動変速機の過回転防止制御装置及び方法を提供することにある。

上記目的は、駆動力発生源の出力軸から歯車式変速機の変速機出力軸との間に駆動力を伝達・遮断する摩擦伝達機構と、変速ギア段を実現する複数の歯車列と、前記複数の歯車列を選択的に連結可能な同期噛合い機構とを有し、駆動力発生源の出力軸から歯車式変速機の変速機出力軸との間の駆動力伝達を遮断する要求が発生したとき、前記摩擦伝達機構及び同期噛合い機構のいずれかを駆動力伝達遮断要求前の状態に制御する自動変速機の制御装置において、一旦、前記摩擦伝達機構及び同期噛合い機構を解放状態として、駆動力発生源の出力軸から歯車式変速機の変速機出力軸と駆動力伝達を遮断したのちに、再度前記摩擦伝達機構及び同期噛合い機構の何れかを締結状態に制御することにより達成される。

変速機ニュートラル状態要求であっても摩擦クラッチ及び噛合いクラッチの何れかを締結状態に保持することにより、入力軸回転数が出力軸回転数に最低速ギア比を乗算した回転数に引き摺られて回される状態を回避することができ、変速機入力軸構造の強度・耐久設計上の許容回転数を低く設定することが可能となり、部品点数の削減・コスト低減を実現できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。

図１は、本発明に係る自動変速機の過回転防止制御装置の一実施の形態を示す。パワートレイン制御ユニット１００内には、車両に有する各センサ検出値及び運転状態を示す車両情報が入力される。ギア位置判定手段ａ１では、前記車両情報に含まれる運転者によるシフトレンジ操作信号，アクセル開度，ブレーキ信号，車速信号等に基づき、目標とするギア位置がニュートラル状態であるかの算出を行う。例えば運転者がシフトレンジ操作によるＮレンジを選択した場合は、目標ギア位置がニュートラルと算出される。また変速機構成部品及びセンサ・アクチュエータ系の故障といったフェール状態を検出した際にも運転状態・故障状態に応じてニュートラル状態が要求さる場合がある。回転数算出手段ａ２は、前記車両情報に基づき、変速機入力軸の回転数算出を行う手段であり、センサにより検出される実入力軸回転数の算出，摩擦クラッチ及び噛合いクラッチを解放動作とした場合での推定入力軸回転数の算出を行う。過回転判定手段ａ３では、ギア位置判定手段ａ１で判定する目標ギア位置がニュートラル状態要求とするときに、回転数算出手段ａ２で算出された入力軸回転数が変速機強度・耐久性能上許容される所定の入力軸回転数以上に過回転するか否かの判定を実施する。過回転発生が発生すると判定された場合には、過回転防止手段ａ４により、シフトアクチュエータ，クラッチアクチュエータ，潤滑アクチュエータといった変速機構成アクチュエータ群ａ５を過回転を防止制御により駆動させる。

アクチュエータ群ａ５駆動により、変速機制御として過回転の防止を行うとともに、運転者に過回転が発生する運転状態（運転者操作含め）にあることを報知する手段として警告表示灯ａ６の点灯を必要に応じて行うように構成する。

所定変速ギア段にて走行で運転者によるＮレンジ操作によってニュートラル状態が要求されたときに、通常であれば摩擦クラッチ及び噛合いクラッチを解放動作とさせるが、両クラッチを共に解放動作としたときに変速機入力軸の過回転が発生する場合には、何れか一方のクラッチを締結動作となるよう制御指令を行い、入力軸回転数が、摩擦クラッチを介してエンジン回転数となる状態、もしくは噛合いクラッチを締結して出力軸回転数に現変速ギア段のギア比を乗算した回転数となるように入力軸回転数を拘束する。また、摩擦クラッチの潤滑量を増加させて摩擦クラッチの引き摺りトルクを増加可能なシステムにおいては、摩擦クラッチ及び噛合いクラッチは通常状態同様に共に解放動作とし、摩擦クラッチへの潤滑流量を潤滑アクチュエータにより引き摺りトルクが増加するよう操作し、入力軸回転数をエンジン回転数に引き摺られて回転するような状態を確保する。

これにより、車両状態としてはエンジンと変速機出力軸の間を遮断したニュートラル状態（伝達経路が遮断）を確保しつつ、入力軸回転数の過回転を防止することが可能となる。

図２に本発明に係る制御装置の一実施の形態を示すシステム構成例のスケルトン図Ａである。

駆動力源であるエンジン７，エンジン７の回転数を計測するエンジン回転数センサ（図示しない），エンジントルクを調節する電子制御スロットル（図示しない），吸入空気量に見合う燃料量を噴射するための燃料噴射装置（図示しない）が設けられており、エンジン制御ユニット１０１により、吸入空気量，燃料量，点火時期等を操作することで、エンジン７のトルクを高精度に制御することができるようになっている。前記燃料噴射装置には、燃料が吸気ポートに噴射される吸気ポート噴射方式あるいはシリンダ内に直接噴射される筒内噴射方式があるが、エンジンに要求される運転域（エンジントルク，エンジン回転数で決定される領域）を比較して燃費が低減でき、かつ排気性能が良い方式のエンジンを用いるのが有利である。駆動力源としては、ガソリンエンジンのみならず、ディーゼルエンジン，天然ガスエンジンや、電動機などでも良い。

自動変速機５１には、第１クラッチ２０８，第２クラッチ２０９，変速機第１入力軸２４１，変速機第２入力軸２４３，変速機出力軸２４２，第１ドライブギア２０１，第２ドライブギア２０２，第３ドライブギア２０３，第４ドライブギア２０４，第５ドライブギア２０５，第１ドリブンギア２１１，第２ドリブンギア２１２，第３ドリブンギア２１３，第４ドリブンギア２１４，第５ドリブンギア２１５，第１噛合い伝達機構２２１，第２噛合い伝達機構２２２，第３噛合い伝達機構２２３，変速機第１入力軸回転センサ３１，変速機出力軸回転センサ３２，変速機第２入力軸回転センサ３３が設けられている。

本構成例はツインクラッチ自動ＭＴで構成している変速機を示している。第１クラッチ２０８，第２クラッチ２０９が上述のエンジン駆動力を断・接可能な摩擦クラッチに該当し、第１噛合い伝達機構２２１，第２噛合い伝達機構２２２，第３噛合い伝達機構２２３が変速ギア段を選択可能な噛合いクラッチを示す。

第１クラッチ２０８の係合（締結）によって、エンジン７のトルクを変速機第１入力軸２４１に伝達し、また第２クラッチ２０９の係合（締結）によって、エンジン７のトルクを変速機第２入力軸２４３に伝達する。変速機第２入力軸２４３は中空になっており、変速機第１入力軸２４１は、変速機第２入力軸２４３の中空部分を貫通し、変速機第２入力軸２４３に対し回転方向への相対運動が可能な構成となっている。

変速機第２入力軸２４３には、第１ドライブギア２０１と第３ドライブギア２０３と第５ドライブギア２０５が固定されており、変速機第１入力軸２４１に対しては、回転自在となっている。また、変速機第１入力軸２４１には、第２ドライブギア２０２と第４ドライブギア２０４が固定されており、変速機第２入力軸２４３に対しては、回転自在となっている。

第１クラッチ２０８の係合，解放は、第１クラッチアクチュエータ２５４によって行われ、第２クラッチ２０９の係合，解放は、第２クラッチアクチュエータ２５５によって行われる。

また、変速機第１入力軸２４１の回転数を検出する手段として、センサ３１が設けられており、変速機第２入力軸２４３の回転数を検出する手段として、センサ３３が設けられている。

一方、変速機出力軸２４２には、第１ドリブンギア２１１，第２ドリブンギア２１２，第３ドリブンギア２１３，第４ドリブンギア２１４，第５ドリブンギア２１５が設けられている。第１ドリブンギア２１１，第２ドリブンギア２１２，第３ドリブンギア２１３，第４ドリブンギア２１４，第５ドリブンギア２１５は変速機出力軸２４２に対して遊転ギアとして回転自在に設けられている。

また、変速機出力軸２４２の回転数を検出する手段として、センサ３２が設けられている。

また、第１ドリブンギア２１１と第３ドリブンギア２１３の間には、第１ドリブンギ２１１を変速機出力軸２４２に係合させたり、第３ドリブンギア２１３を変速機出力軸２４２に係合させる、第１噛合い伝達機構２２１が設けられている。

また、第２ドリブンギア２１２と第４ドリブンギア２１４の間には、第２ドライブギア２１２を変速機出力軸２４２に係合させたり、第４ドリブンギア２１４を変速機出力軸２４２に係合させる、第３噛合い伝達機構２２３が設けられている。

また、第５ドリブンギア２１５には、第５ドリブンギア２１５を変速機出力軸２４２に係合させる、第２噛合い伝達機構２２２が設けられている。

ここで、前記噛合い伝達機構２２１，２２２，２２３は、摩擦伝達機構を備え、摩擦面を押し付けることによって回転数を同期させて噛合いを行う同期噛合い式を用いることが望ましい。

シフトアクチュエータ２５１によって、第１噛合い伝達機構２２１の位置を移動し、第１ドリブンギア２１１または、第３ドリブンギア２１３と係合させることで、変速機第２入力軸２４３の回転トルクを、第１噛合い伝達機構２２１を介して変速機出力軸２４２へと伝達することができる。

また、シフトアクチュエータ２５３によって、第３噛合い伝達機構２２３の位置を移動し、第２ドリブンギア２１２または、第４ドリブンギア２１４と係合させることで、変速機第１入力軸２４１の回転トルクを、第３噛合い伝達機構２２３を介して変速機出力軸２４２へと伝達することができる。

また、シフトアクチュエータ２５２によって、第２噛合い伝達機構２２２の位置を移動し、第５ドリブンギア２１５と係合させることで、変速機第２入力軸２４３の回転トルクを、第２噛合い伝達機構２２２を介して変速機出力軸２４２へと伝達することができる。

このように第１ドライブギア２０１，第２ドライブギア２０２，第３ドライブギア２０３，第４ドライブギア２０４，第５ドライブギア２０５から、第１ドリブンギア２１１，第２ドリブンギア２１２，第３ドリブンギア２１３，第４ドリブンギア２１４，第５ドリブンギア２１５を介して変速機出力軸２４２に伝達された変速機第１入力軸２４１，変速機第２入力軸２４３の回転トルクは、変速機出力軸２４２に連結されたディファレンシャルギア（図示しない）を介して車軸（図示しない）に伝えられる。

前記第１クラッチ２０８の係合，解放動作により伝達トルクを制御する第１クラッチアクチュエータ２５４，第２クラッチ２０９の係合，解放動作により伝達トルクを制御する第２クラッチアクチュエータ２５５は、モータ制御ユニット１０４によって、各アクチュエータに設けられたモータ（図示せず）の電流を制御することで各クラッチの伝達トルクの制御を行っている。

また、モータ制御ユニット１０４によって、シフトアクチュエータ２５１，２５２，２５３に設けられたモータ（図示せず）の電流を制御することによって、第１噛合い伝達機構２２１，第２噛合い伝達機構２２２，第３噛合い伝達機構２２３のいずれかを動作させる荷重またはストローク位置（シフト位置）を制御できるようになっている。

そして、前記モータ制御ユニット１０４とエンジン制御ユニット１０１は、パワートレイン制御ユニット１００によってコントロールされている。前記パワートレイン制御ユニット１００，エンジン制御ユニット１０１，モータ制御ユニット１０４は、通信手段１０３によって相互に情報を送受信する。

また本実施例においては、第１クラッチアクチュエータ２５４，第２クラッチアクチュエータ２５５，シフトアクチュエータ２５１，２５２，２５３にはモータアクチュエータを用いているが、油圧源と油圧シリンダ及び電磁弁等により構成する油圧アクチュエータによって構成してもよい。同様にモータ制御ユニット１０４も油圧制御ユニットに置き換わることになる。

前記第１クラッチ２０８，第２クラッチ２０９が湿式クラッチで構成されるときにはパワートレイン制御ユニット１００により駆動される電動潤滑油ポンプ２６０から第１クラッチ２０８，第２クラッチ２０９に潤滑油が供給される。ここでは電動ポンプにより供給する方式を図示したが、供給及び流量制御方式を限定するものではなく、エンジン駆動ポンプ，流量レギュレータ等でもよく、湿式クラッチに潤滑油を供給可能であればよい。

図３は、本実施例の電気的制御系統を説明するブロック図の一例である。本例では自動変速機制御装置として、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１０１，パワートレイン制御ユニット（ＥＣＵ）１００の２つのＥＣＵで構成されており、各ＥＣＵ間は通信回線を介して必要な情報をやり取りする。これらのＥＣＵ１００，１０１は、何れもマイクロコンピュータを含んで構成されており、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行う。なお、記憶機能に書き換え可能なＲＯＭを使用し、必要に応じて書き換えながら使用することも可能である。

エンジン用ＥＣＵ１０１には、イグニッションスイッチ７１，エンジン回転数センサ７２，出力軸回転数センサ７３，アクセル開度センサ７４，空気量センサ７５，吸気温センサ７６，冷却水温センサ７７，ブレーキスイッチ７８などが接続され、それぞれイグニッションスイッチ７１の操作位置，エンジン回転数Ｎｅ，出力軸回転数Ｎｏ，アクセル開度ＡＰＳ，吸入空気量Ｑ，吸気温Ｔａ，エンジン冷却水温Ｔｗ，ブレーキスイッチ７８の操作位置などを表す信号が供給されるようになっており、それ等の信号に従ってスタータ７９を回転駆動してエンジン７を始動したり、燃料噴射弁８０の燃料噴射量や噴射時期を制御したり、イグナイタ８１により点火プラグの点火時期を制御したり、また変速機用ＥＣＵ１００から必要な信号を取り込むことにより、スロットルアクチュエータ８２を駆動してスロットル開度を制御したりする。

変速機用ＥＣＵ１００には、イグニッションスイッチ７１，シフトレバースイッチ（シフトレンジ）８６，オートモードスイッチ８７，ブレーキスイッチ７８，入力軸回転数センサ３１，３３，出力軸回転数センサ３２，シフト位置センサ９１などが接続させる。さらには変速機状態を検出する油圧センサ８５，油温センサ９７，油量センサ９３が設けられている。

そして、それ等の信号や前記エンジン制御用ＥＣＵ１０１から必要な信号を取り込むことにより、前述の過回転防止制御による湿式クラッチ（摩擦クラッチ）及びシフト（噛合いクラッチ）アクチュエータに該当するモータアクチュエータ２５１〜２５５の駆動を実現している。

図４にスケルトン図Ａにおける引き摺りトルク発生部位を示す。エンジン出力軸と変速機入力軸とを断・接可能な摩擦クラッチを湿式クラッチの第１クラッチ２０８，第２クラッチ２０９で構成する場合には湿式クラッチによる引き摺りトルク（フリクション）が発生する（図中点線丸印Ａ部）。このためクラッチ解放状態においても、このクラッチ引き摺りトルク（フリクション）により、変速機第１入力軸２４１，変速機第２入力軸２４３に対してトルク伝達が行われ、所定の回転数で回ろうとする力が働いている。

一方、第１ドリブンギア２１１，第２ドリブンギア２１２，第３ドリブンギア２１３，第４ドリブンギア２１４，第５ドリブンギア２１５は、変速機出力軸２４２に対して回転自在な遊転ギアとなっており、噛合いクラッチである第１噛合い伝達機構２２１，第２噛合い伝達機構２２２，第３噛合い伝達機構２２３が解放（非係合）状態のときは、変速機出力軸２４２の回転とは独立して、各ドリブンギアは遊転状態にある。しかし、ギア潤滑油が低温、または油量過多の状態等では各噛合い伝達機構が解放状態であっても出力軸とギア遊転部の摺動（図中丸印Ｂ部）によりギア引き摺りトルク（フリクション）が発生してしまう。このギア引き摺りトルクにより、各ドリブンギアは出力軸２４２の回転数で連れ回され、各ドリブンギアに噛合う第１ドライブギア２０１，第２ドライブギア２０２，第３ドライブギア２０３，第４ドライブギア２０４，第５ドライブギア２０５を介して変速機第１入力軸２４１，変速機第２入力軸２４３を回転させることになる。このときの変速機第１入力軸２４１，変速機第２入力軸２４３は、各軸が有するもっとも低速ギア段のギア比で出力軸回転数を増速した回転数を上限に引き摺られて回ろうとする。

例えば、第５ドライブギア２０５，第５ドリブンギア２１５のギア列を５速ギア段（高速段）、第１ドライブギア２０１，第１ドリブンギア２１１のギア列を１速ギア段（低速段）とすると、第２噛合い伝達機構２２２で５速ギア段を選択して高車速で走行中に、噛合い伝達機構２２２及び摩擦クラッチである第２クラッチ２０９が解放状態となると、変速機第２入力軸２４３は、出力軸２４２の回転数がギア引き摺りトルク（フリクション）により第１ドリブンギア２１１を回し、噛合う第１ドライブギア２０１の１速ギア比で増速された回転数で回されることになり、出力軸回転数が高い場合には、過回転となる可能性がある。

図５にクラッチ／ギア引き摺りトルクの関係を示す。入力軸回転数が過回転となるには前述のクラッチ引き摺りトルクとギア引き摺りトルクの大小関係が重要となる。摩擦クラッチ及び噛合いクラッチを共に解放とした状態で、クラッチ引き摺りトルクがギア側より大きければ、入力軸回転数は摩擦クラッチを介して、エンジン回転数を上限として回されるため、入力軸の過回転は発生しない。逆にギア側引き摺りがクラッチ側に対して大きいときには、前述のように出力軸回転数×低速ギア比を上限とした回転数に入力軸が連れ回されることになり、過回転に至る可能性がある。

ここで、クラッチ引き摺りトルクがギア引き摺りトルクより常に大きければ、入力軸はエンジン回転数以上にはならず過回転は発生しないが、摩擦クラッチとして乾式クラッチを採用したときには、上述の湿式クラッチ特有の引き摺りトルク自体が存在しないため、過回転に至る可能性があり、本発明の過回転防止制御が有効となる。

図７に変速機入力軸が過回転となるタイムチャート例を示す。

Ｄ（ドライブ）レンジ選択で高速ギア段で高車速で走行中は、エンジンと変速機入力軸を断・接する摩擦クラッチが締結、噛合いクラッチによる高速ギア段係合状態であるため、エンジン駆動力は摩擦クラッチ→変速機入力軸→高速ギア段→出力軸へと伝達され、このときの入力軸回転数は、エンジン回転数相当（＝出力軸回転数×高速ギア段のギア比）となっている。ここで、時間Ｔ０で運転者がシフトレンジをＤ→Ｎ（ニュートラル）レンジ操作した場合、一般的にはエンジンと変速機入力軸を断・接する摩擦クラッチはＤレンジ締結状態から解放状態と制御される。

これにより、エンジンと変速機の伝達経路は遮断されるため、エンジン回転数Ｎｅは摩擦クラッチ解放に伴い、所定回転数（例えばアイドル回転数相当）まで低下する。

また、変速ギア段も同様に、Ｄレンジ走行中の高速ギア段係合状態から、変速ギア段を選択している噛合いクラッチの解放動作により、ギアニュートラル状態へと制御される。これにより、出力軸へは駆動力の伝達が遮断されるため、出力軸回転数は徐々に低下していくことになる。

ここで、上述のクラッチ引き摺りトルクよりも遊転ギア摺動部のギア引き摺りトルクが大きい場合では、摩擦クラッチ及び噛合いクラッチ解放動作により、変速機入力軸がフリー状態となったとき（時間Ｔ１）に、ギア引き摺りトルクによって出力軸回転数×低速ギア段のギア比を上限とする回転数に引き上げられ、時間Ｔ２で変速機入力軸の強度・耐久上許容される回転数を超えて過回転する可能性がある。

引き上げられる入力軸回転数はあくまでギア引き摺りトルクによるものであり、直結状態ではないため、上限を出力軸回転数×低速ギア段のギア比とするそれ以下の所定回転数でバランスするが、ギア引き摺りトルクの絶対値検出は実質不可能であるため、変速機入力軸の強度・耐久上の許容回転数は、上記上限回転数とする必要があり、結果的に部品点数の増加及びコストアップとなってしまう。

次に、本発明の過回転防止制御実行時のタイムチャート例Ａを図８に示す。Ｄレンジ走行中の状態は図７同様である。

まず過回転防止制御として、摩擦クラッチを締結保持とする一例について説明する。通常であれば、時間Ｔ０のＤ→Ｎレンジ操作時に摩擦クラッチを締結状態から解放状態への制御するが、過回転防止制御時には摩擦クラッチの締結状態を保持（図中一点鎖線）させる。一方、変速ギア段については、通常時同様に噛合いクラッチを係合状態から解放状態へと制御し、ギア自体はニュートラルとする。これにより、エンジン駆動力の出力軸への伝達は、噛合いクラッチの解放動作によって遮断が確保される。

このとき入力軸回転数は、摩擦クラッチが締結保持であるため、噛合いクラッチ解放により出力軸との接続が遮断される時間Ｔ１付近からエンジン回転数Ｎｅで回されることになり、図７で示したような過回転の発生は回避することができる。

次に過回転防止制御として、噛合いクラッチを締結（係合）保持とする一例について説明する。通常であれば、時間Ｔ０のＤ→Ｎレンジ操作時に噛合いクラッチを締結状態から解放状態へ制御するが、過回転防止制御時には噛合いクラッチの締結状態を保持（図中点線）させ、Ｄレンジ走行時の変速ギア段を保持する。一方、摩擦クラッチについては、通常時同様に締結状態から解放状態へと制御することにより、エンジン駆動力の出力軸への伝達は、摩擦クラッチの解放動作によって遮断が確保される。

このとき入力軸回転数は、噛合いクラッチが締結（係合）保持であるため、摩擦クラッチ解放によりエンジンとの接続が遮断される時間Ｔ１付近から出力軸回転数×保持された変速ギア段のギア比の回転数で回されることになり、図７で示したような過回転の発生は回避することができる。

このように摩擦クラッチ及び噛合いクラッチのいずれかを締結保持にすることにより、エンジンと出力軸間の伝達経路遮断を確保しつつ、入力軸の過回転を防止することが可能となる。

ここでは、Ｄ→Ｎレンジ操作時にＤレンジ走行時のクラッチ状態を保持する例を挙げたが、摩擦クラッチ及び噛合いクラッチを締結状態とするタイミングは、一旦摩擦クラッチ及び噛合いクラッチを解放動作させ、その後に再度締結状態とすることでもよい。

本発明では、いずれかのクラッチを締結状態とすることで、入力軸回転数をエンジン回転数，出力軸回転数×ギア比のいずれかで拘束することを特徴とするものである。

図９に本発明の過回転防止制御実行時のタイムチャート例Ｂを示す。Ｄレンジ走行中の状態は図７同様である。

摩擦クラッチに湿式クラッチを有する自動ＭＴシステムでは、摩擦クラッチ冷却のため、潤滑油がクラッチ部に供給されている。この潤滑油の供給流量は、クラッチ発熱状態及び運転状態に応じて可変とされることが一般的である。

上述のクラッチ引き摺りトルク（フリクション）は、上記潤滑油の供給流量に感度を持ち、湿式クラッチへの潤滑油の供給流量を増やすと、クラッチ引き摺りトルクは大きくなる傾向にあることが公知である。

図９では、潤滑流量を増やすことで過回転を防止する制御の一例を示している。

時間Ｔ０のＤ→Ｎレンジ操作時に通常時同様に摩擦クラッチ及び噛合いクラッチを締結状態から解放状態に制御する。これにより、変速機入力軸は、エンジン及び出力軸から切り離され、フリー状態となる。このとき、摩擦クラッチである湿式クラッチへの潤滑流量を増加させることにより、クラッチ引き摺りトルクが増加し、ギア引き摺りトルクとの大小関係がクラッチ＞ギア引き摺りトルクとなれば、入力軸回転数は、エンジン回転数で引き摺られることになり、過回転の発生を回避することができる。

摩擦クラッチ及び噛合いクラッチは共に解放状態であるため、エンジンと出力軸間の伝達経路は通常時同様に遮断されていることになる。

本例は、過回転が発生するクラッチ・ギア引き摺りトルクの大小関係に着目し、クラッチ引き摺りトルクが、ギア引き摺りトルクに対して大きくなるように制御するものである。

図６には、図８，図９で示した過回転防止制御パターンを示す。

過回転防止制御としては、いずれかのパターンを実行してもよいし、運転状態及び車両状態に応じて運転性・燃費性能等への影響を加味し、使い分けを行ってもよい。

図１１には、過回転防止制御フローチャートＡを示す。処理ｃ１にて、入力軸回転数の算出を行う。この入力軸回転数は、センサにて検出する回転数でもよいし、現在の運転状態で摩擦クラッチ及び噛合いクラッチを解放状態とした場合の推定入力軸回転数でもよい。センサで検出した入力軸回転数に図１０に示す補正係数Ｋを乗算及び加算して推定入力軸回転数を算出するなどの例があげられる。図１０の補正係数Ｋはギア引き摺りトルクにより過回転が発生すると想定される変速機の油温が低く且つ車速（出力軸回転数）が高い状態で大きくなるよう設定される。この補正係数Ｋは、油温・車速に限らず、変速機油量及び推定・検出されるギア引き摺りトルクに応じて算出することでもよい。

処理ｃ２では運転者のシフトレンジ操作により、Ｎレンジが要求されたか否かを判定する。ここでは、Ｎレンジによるニュートラル要求に関わらず、運転状態及びフェール時のニュートラル状態要求でもよい。状態要求があった場合、処理ｃ３において過回転が発生するか否か判定を行う。処理ｃ１で算出された入力軸回転数が変速機入力軸として許容される回転数以上になるかを判定し、過回転発生を判定したときに処理ｃ４に示す過回転防止制御を発動させる。ここでは過回転発生の判定を制御発動のトリガとしたが、ニュートラル状態要求時には常に過回転防止制御を実行させることでも問題ない。

図１２には、過回転防止制御フローチャートＢを示す。処理ｃ１で、変速機の車速・油温・油量等の各運転状態パラメータを算出する。処理ｃ２では運転者のシフトレンジ操作により、Ｎレンジが要求されたか否かを判定する。ここでは、Ｎレンジによるニュートラル要求に関わらず、運転状態及びフェール時のニュートラル状態要求でもよい。状態要求があった場合、処理ｃ３において過回転防止制御を発動（実行）させる運転領域・状態にあるかを判定し、処理ｃ４に示す過回転防止制御を発動させる。前記運転領域・状態として、ギア引き摺りトルクにより過回転の発生が想定・予想される低温かつ高車速状態、または油量過多状態等が挙げられる。

図１３は、本発明に係る自動変速機を備えた自動車の制御装置一実施の形態を示す第２のシステム構成例スケルトン図Ｂである。なお、図２と同一符号は、同一部分を示している。

自動変速機５０には、入力軸クラッチ８，アシストクラッチ９，変速機入力軸４１，変速機出力軸４２，第１ドライブギア１，第２ドライブギア２，第３ドライブギア３，第４ドライブギア４，第５ドライブギア５、および第６ドライブギア６，第１ドリブンギア１１，第２ドリブンギア１２，第３ドリブンギア１３，第４ドリブンギア１４，第５ドリブンギア１５、および第６ドリブンギア１６，第１噛合い伝達機構２１，第２噛合い伝達機構２２，第３噛合い伝達機構２３，回転センサ３１，回転センサ３２が設けられている。

前記エンジン７には、入力軸クラッチ入力ディスク８ａが連結されており、入力軸クラッチ入力ディスク８ａと入力軸クラッチ出力ディスク８ｂを係合，開放することで、前記エンジン７のトルクを変速機入力軸４１に伝達，遮断することが可能である。入力軸クラッチ８には、一般に乾式単板クラッチが用いられるが、湿式多板クラッチや電磁クラッチなどすべてのクラッチを用いることが可能である。前記入力軸クラッチ入力ディスク８ａと前記入力軸クラッチ出力ディスク８ｂ間の押付け力（入力軸クラッチトルク）の制御には、電動機（モータ）によって駆動する作動装置（アクチュエータ）２０１１が用いられており、この押し付け力（入力軸クラッチトルク）を調節することで、前記エンジン７の出力を入力軸４１へ伝達，遮断を行うことができるようになっている。

前記入力軸４１には、第１ドライブギア１，第２ドライブギア２，第３ドライブギア３，第４ドライブギア４，第５ドライブギア５、および第６ドライブギア６が設けられている。前記第１ドライブギア１，前記第２ドライブギア２は変速機入力軸４１に固定されており、前記第３ドライブギア３，前記第４ドライブギア４，前記第５ドライブギア５，前記第６ドライブギア６は、変速機入力軸４１に対して回転自在に設けられている。また、前記変速機入力軸４１の回転数である、入力軸回転数を検出する手段として、回転センサ３１が設けられている。

一方、変速機出力軸４２には、第１ドリブンギア１１，第２ドリブンギア１２，第３ドリブンギア１３，第４ドリブンギア１４，第５ドリブンギア１５、および第６ドリブンギア１６が設けられている。第１ドリブンギア１１，第２ドリブンギア１２は変速機出力軸４２に対して回転自在に設けられており、第３ドリブンギア１３，第４ドリブンギア１４，第５ドリブンギア１５，第６ドリブンギア１６は前記変速機出力軸４２に固定されている。

また、前記変速機出力軸４２の回転数を検出する手段として、回転センサ３２が設けられている。

前記第１ドライブギア１と、前記第１ドリブンギア１１とが、前記第２ドライブギア２と、前記第２ドリブンギア１２とが、前記第３ドライブギア３と、前記第３ドリブンギア１３とが、前記第４ドライブギア４と、前記第４ドリブンギア１４とが、前記第５ドライブギア５と、前記第５ドリブンギア１５とが、前記第６ドライブギア６と、前記第６ドリブンギア１６とが、それぞれ噛合している。

そして、入力軸４１には、摩擦伝達機構の一方式であるアシストクラッチ９が備えられており、前記アシストクラッチ９の伝達トルクを制御することによって、前記エンジン７のトルクを前記変速機出力軸４２に伝達することが可能である。

前記アシストクラッチ９の伝達トルクの制御には、モータによって駆動するアクチュエータ２０１４が用いられており、この伝達トルク（アシストクラッチトルク）を調節することで、前記エンジン７の出力を伝達することができるようになっている。

ここで、前記摩擦伝達機構は、摩擦面の押し付け力によって摩擦力を発生させてトルクを伝達する機構であり、代表的なものとして、乾式単板クラッチ，乾式多板クラッチ，湿式多板クラッチ等がある。本実施例ではアシストクラッチには湿式多板クラッチを用いている。

また、第１ドリブンギア１１と第２ドリブンギア１２の間には、第１ドリブンギア１１を変速機出力軸４２に係合させたり、第２ドリブンギア１２を変速機出力軸４２に係合させる、第１噛合い伝達機構２１が設けられている。したがって、第１ドライブギア１から第１ドリブンギア１１へ、または第２ドライブギア２から第２ドリブンギア１２へと伝達された回転トルクは、第１噛合い伝達機構２１を介して変速機出力軸４２に伝達されることになる。

また、第３ドライブギア３と第４ドライブギア４の間には、第３ドライブギア３を変速機入力軸４１に係合させたり、第４ドライブギア４を変速機入力軸４１に係合させる、第２噛合い伝達機構２２が設けられている。したがって、第３ドライブギア３、または第４ドライブギア４に伝達された回転トルクは、第２噛合い伝達機構２２を介して第３ドリブンギア１３または第４ドリブンギア１４に伝達され、変速機出力軸４２に伝達されることになる。

また、第５ドライブギア５には、第５ドライブギア５を変速機入力軸４１に係合させる、第３噛合い伝達機構２３が設けられている。したがって、第５ドライブギア５に伝達された回転トルクは、第３噛合い伝達機構２３を介して第５ドリブンギア１５に伝達され、変速機出力軸４２に伝達されることになる。

ここで、前記噛合い伝達機構２１，２２，２３は、常時噛合い式を用いても良いし、摩擦伝達機構を備え、摩擦面を押しつけることによって回転数を同期させて噛合いを行う同期噛合い式を用いても良い。

このように、変速機入力軸４１の回転トルクを、変速機出力軸４２に伝達するためには、第１噛合い伝達機構２１、または第２噛合い伝達機構２２、または第３噛合い伝達機構２３のうちいずれか一つを変速機入力軸４１もしくは変速機出力軸４２の軸方向に移動させ、第１ドリブンギア１１，第２ドリブンギア１２，第３ドライブギア３，第４ドライブギア４，第５ドライブギア５のいずれか一つと係合する必要がある。セレクトアクチュエータ２０１３によって、シフト／セレクト機構２４を動作させ、第１噛合い伝達機構２１、または第２噛合い伝達機構２２、または第３噛合い伝達機構２３のいずれを移動させるかを選択し、シフトアクチュエータ２０１２によって、シフト／セレクト機構２４を動作させることによって、前記第１噛合い伝達機構２１、または第２噛合い伝達機構２２、または第３噛合い伝達機構２３のうち、選択されたいずれか一つの噛合い伝達機構の位置を移動し、第１ドリブンギア１１，第２ドリブンギア１２，第３ドライブギア３，第４ドライブギア４，第５ドライブギア５のいずれか一つに係合させ、変速機入力軸４１の回転トルクを、第１噛合い伝達機構２１、または第２噛合い伝達機構２２、または第３噛合い伝達機構２３のいずれか一つを介して変速機出力軸４２へと伝達することができる。

このように第１ドライブギア１，第２ドライブギア２，第３ドライブギア３，第４ドライブギア４，第５ドライブギア５，第６ドライブギア６から、第１ドリブンギア１１，第２ドリブンギア１２，第３ドリブンギア１３，第４ドリブンギア１４，第５ドリブンギア１５，第６ドリブンギア６を介して変速機出力軸４２に伝達された変速機入力軸４１の回転トルクは、変速機出力軸４２に連結されたディファレンシャルギア（図示しない）を介して車軸（図示しない）に伝えられる。

前記入力軸クラッチ８の伝達トルクを制御する入力軸クラッチアクチュエータ２０１１，前記アシストクラッチ９の伝達トルクを制御するアシストクラッチアクチュエータ２０１４は、モータ制御ユニット１０４によって、各アクチュエータに設けられたモータ（図示せず）の電流を制御することで各クラッチの伝達トルクの制御を行っている。前記入力軸クラッチアクチュエータ２０１１は、モータと、モータの回転運動を直線運動に変換する機構部分から構成され、ウォームギアおよびアームや、ボールネジといった部品で構成される。

また、モータ制御ユニット１０４によって、セレクトアクチュエータ２０１３に設けられたモータ（図示せず）の電流を制御することによって、第１噛合い伝達機構２１，第２噛合い伝達機構２２，第３噛合い伝達機構２３のいずれを移動するか選択するためのセレクトレバー（図示しない）のストローク位置である、セレクト位置を移動し、第１噛合い伝達機構２１，第２噛合い伝達機構２２，第３噛合い伝達機構２３のいずれを移動するか選択している。

また、モータ制御ユニット１０４によって、シフトアクチュエータ２０１２に設けられたモータ（図示せず）の電流を制御することによって、セレクトアクチュエータ２０１３によって選択された、第１噛合い伝達機構２１，第２噛合い伝達機構２２，第３噛合い伝達機構２３のいずれかを動作させる荷重またはストローク位置（シフト位置）を制御できるようになっている。

セレクトアクチュエータ２０１３を制御してセレクト位置を制御し、第１噛合い伝達機構２１を移動することを選択し、シフトアクチュエータ２０１２を制御してシフト位置を制御し、第１噛合い伝達機構２１と第１ドリブンギア１１が噛合して第１速段となる。

セレクトアクチュエータ２０１３を制御してセレクト位置を制御し、第１噛合い伝達機構２１を移動することを選択し、シフトアクチュエータ２０１２を制御してシフト位置を制御し、第１噛合い伝達機構２１と第２ドリブンギア１２が噛合して第２速段となる。

なお、第１噛合い伝達機構２１，第２噛合い伝達機構２２，第３噛合い伝達機構２３を動作させるシフト／セレクト機構２４としては、セレクトレバーおよびシフトフォークなどによって構成しても良いし、ドラム式など、噛合い伝達機構２１，２２，２３を移動させるための他の機構を用いても構成可能である。

なお、摩擦伝達機構の一方式であるアシストクラッチの連結する前記第６ドライブギアおよび第６ドリブンギアの減速比は、第３ドライブギア３および第３ドリブンギア１３によって構成される第３速段の減速比と、第４ドライブギア４および第４ドリブンギア１４によって構成される第４速段の減速比との間に設定しても良いし、第４速段と第５速段の間の減速比としても良いし、第３速段相当としても良いし、第４速段相当としても良いし、最高速段相当としても良い。また、例えば第５速段相当として、第５ドライブギア５および第５ドリブンギア１５および第３噛合い伝達機構のかわり用いるなど、所定の変速段として設けられた噛合い伝達機構のかわりに摩擦伝達機構を設置することも可能である。さらには複数の摩擦伝達機構を用いて、複数の変速段へ設置することも可能である。

このような変速機においても、摩擦クラッチと噛合いクラッチ及びクラッチへの潤滑流量を制御することは可能であり、変速機入力軸の過回転防止を回避することができる。

本発明に係る自動変速機の過回転防止制御装置の一実施の形態。 本発明に係る制御装置の一実施の形態を示すシステム構成例のスケルトン図Ａ。 本実施例の電気的制御系統を説明するブロック図の一例。 スケルトン図Ａにおける引き摺りトルク発生部位。 クラッチ／ギア引き摺りトルクの関係。 過回転防止制御パターン。 変速機入力軸が過回転となるタイムチャート例。 本発明の過回転防止制御実行時のタイムチャート例Ａ。 本発明の過回転防止制御実行時のタイムチャート例Ｂ。 推定入力軸回転数を算出用補正係数Ｋの一例。 過回転防止制御フローチャートＡ。 過回転防止制御フローチャートＢ。 本発明に係る制御装置の一実施の形態を示すシステム構成例のスケルトン図Ｂ。

符号の説明

ａ１ ギア位置判定手段
ａ２ 回転数算出手段
ａ３ 過回転判定手段
ａ４ 過回転防止手段
ａ５ 変速機構成アクチュエータ群
ａ６ 警告表示灯
７ エンジン
３１ 変速機第１入力軸回転センサ
３２ 変速機出力軸回転センサ
３３ 変速機第２入力軸回転センサ
５１ 自動変速機
７１ イグニッションスイッチ
７２ エンジン回転数センサ
７３ 出力軸回転数センサ
７４ アクセル開度センサ
７５ 空気量センサ
７６ 吸気温センサ
７７ 冷却水温センサ
７８ ブレーキスイッチ
７９ スタータ
８０ 燃料噴射弁
８１ イグナイタ
８２ スロットルアクチュエータ
８５ 油圧センサ
８６ シフトレバースイッチ（シフトレンジ）
８７ オートモードスイッチ
９１ シフト位置センサ
９３ 油量センサ
９７ 油温センサ
１００ パワートレイン制御ユニット
１０１ エンジン制御ユニット
１０３ 通信手段
１０４ モータ制御ユニット
２０１ 第１ドライブギア
２０２ 第２ドライブギア
２０３ 第３ドライブギア
２０４ 第４ドライブギア
２０５ 第５ドライブギア
２０８ 第１クラッチ
２０９ 第２クラッチ
２１１ 第１ドリブンギア
２１２ 第２ドリブンギア
２１３ 第３ドリブンギア
２１４ 第４ドリブンギア
２１５ 第５ドリブンギア
２２１ 第１噛合い伝達機構
２２２ 第２噛合い伝達機構
２２３ 第３噛合い伝達機構
２４１ 変速機第１入力軸
２４２ 変速機出力軸
２４３ 変速機第２入力軸
２５１，２５２，２５３ シフトアクチュエータ
２５４ 第１クラッチアクチュエータ
２５５ 第２クラッチアクチュエータ
２６０ 電動潤滑油ポンプ

Claims (3)

1. 駆動力発生源の出力軸から歯車式変速機の変速機出力軸との間に駆動力を伝達・遮断する摩擦伝達機構と、変速ギア段を実現する複数の歯車列と、前記複数の歯車列を選択的に連結可能な同期噛合い機構とを有し、
   駆動力発生源の出力軸から歯車式変速機の変速機出力軸との間の駆動力伝達を遮断する要求が発生したとき、前記摩擦伝達機構及び同期噛合い機構のいずれかを駆動力伝達遮断要求前の状態に制御する自動変速機の制御装置において、
   一旦、前記摩擦伝達機構及び同期噛合い機構を解放状態として、駆動力発生源の出力軸から歯車式変速機の変速機出力軸と駆動力伝達を遮断したのちに、再度前記摩擦伝達機構及び同期噛合い機構の何れかを締結状態に制御することを特徴とする自動変速機の制御装置。
2. 請求項１に記載の自動変速機の制御装置において、
   運転者によるＮレンジシフトが選択されたことを駆動力伝達を遮断する要求とすることを特徴とする自動変速機の制御装置。
3. 請求項１に記載の自動変速機の制御装置において、
   車両構成部品の故障・フェール検出状態を駆動力伝達を遮断する要求とすることを特徴とする自動変速機の制御装置。

Images