JP5310267B2 - 車両用自動変速機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ギア比の異なる複数のギア段を有する変速機構を備え、ギア段を自動的に選択する自動変速機に関し、特に、その変速動作に係る制御に関する。

ギア比の異なる複数のギア段を有する変速機構を備え、状況に応じて適切なギア段を自動選択し、原動機の出力を速度変換して伝達する自動変速機が知られている。広く普及している自動変速機においては、変速機構のギア、シャフト等の回転要素をクラッチにより接続したり、ブレーキにより固定したりしてギア段を選択している。係合要素として前記のクラッチとブレーキの他に、ワンウェイクラッチが採用される場合がある。ワンウェイクラッチは、その入力側から出力側に回転を伝えるが、出力側の速度が入力側より高くなると空転する。下記特許文献１には、ワンウェイクラッチを備えた車両用自動変速機が開示されている。

特許第２９３２４４７号明細書

ワンウェイクラッチを介して回転の伝達を行うギア段を選択しており、このワンウェイクラッチが空転している状態にあるとき、入力側の回転速度が増加して再びワンウェイクラッチが係合するまでには、時間遅れがある。

本発明は、前述のワンウェイクラッチの空転による入力回転が伝達されない期間を短縮することを目的とする。

本発明の自動変速機の制御装置は、変速機への入力軸の回転速度を検出する入力回転速度センサと、変速機からの出力軸の回転速度を検出する出力回転速度センサと、ワンウェイクラッチを介して回転の伝達を行うギア段が選択され、かつ当該ワンウェイクラッチが空転している状態において、入力回転速度と出力回転速度の比が、他のギア段のギア比に近い所定範囲となったとき、当該他のギア段へ変速するよう前記変速機構を制御する、制御部と、を有する。制御部は、前記他のギア段への変速制御後、アクセルがオンに操作された後も、前記他のギア段を維持する制御を行う。

前記他のギア段へ変速しておくことにより、次に入力軸の回転速度が上昇し、ワンウェイクラッチが空転状態から係合状態に移行する際、早期に係合し、空転期間が短縮される。

前記他のギア段への変速動作は、シフトアップ動作とすることができる。また、前記他のギア段への変速動作は、入力回転速度と出力回転速度の比が、当該他のギア段のギア比に達したことをもって実行されるようにできる。

さらに、本発明の他の態様において、自動変速機の制御装置は、変速機への入力軸の回転速度を検出する入力回転速度センサと、変速機からの出力軸の回転速度を検出する出力回転速度センサと、入力回転速度と出力回転速度の比が、現在選択されているギア段と異なる他のギア段のギア比に近い所定範囲となったとき、当該他のギア段へ変速するよう前記変速機構を制御する、制御部と、を有する。

本発明に係る自動変速機を含む動力装置の概略構成を示す骨格図である。 多段変速機構の各ギア段における係合要素の動作状態を示す図である。 多段変速機構の制御例を示すタイムチャートである。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、車両用の動力装置１０の概略構成を示す図である。動力装置１０は、原動機１２と、原動機の出力を速度を変換して伝達する自動変速機１４を含む。自動変速機１４は、更にトルクコンバータ１６と多段変速機構１８を含む。以下においては、上記の構成を有する動力装置に含まれる自動変速機について説明するが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、自動変速機１４は、後述するように６段のギア段を有するが、６段以外の段数の変速機でもよく、またギア列の構成が同一のものでなくてもよい。また、トルクコンバータ１６は、直結機構を有するものであるが、これがないトルクコンバータであってもよい。さらに、トルクコンバータ１６は、原動機１２を回転させたまま、変速機への出力を停止できる別の機構、例えば電磁クラッチ等に置き換えられてもよい。

この動力装置１０の原動機１２は、オットー機関であるが、ディーゼル機関等の内燃機関であってもよく、また外燃機関であってもよい。また、熱機関以外の原動機、例えば電動機、さらには熱機関と電動機等の異種の原動機を組み合わせた原動機であってもよい。

トルクコンバータ１６は、直結機構を有する３要素１段形のトルクコンバータであり、この形式のものは広く普及しており、その構造、機構は周知であるので、ここでの説明は省略する。

多段変速機構１８は、上記のように６段のギア段を有する。図中に示されるＣ，Ｂ，Ｆは、それぞれクラッチ、ブレーキ、ワンウェイクラッチを表す。クラッチは、回転する構成要素同士を結合、切断し、これらの要素間で回転の伝達を制御するものであり、ブレーキは、一つの回転要素を静止させるものである。ワンウェイクラッチは、ある回転要素から、他の回転要素に回転伝達を行う際に、一方の回転方向においては二つの回転要素を結合し回転伝達を行うが、他方の回転方向においては結合が解除され空転状態とするものである。これは、見方を変えれば、ある方向の回転において、一方の回転要素からの他方の回転要素への回転伝達はされるが、その逆の他方の回転要素から一方の回転要素への回転は、空転状態となって伝達されないことを意味する。また、ワンウェイクラッチにより係合される二つの要素の一方が回転要素でなく固定要素であってもよい。この場合、一方の回転方向において回転要素が固定され、他方の回転方向では回転が許容される。

この多段変速機構１８で使用されるワンウェイクラッチは、スプラグ形と呼ばれるものである。これは、内輪と外輪の間にスプラグと呼ばれる駒が複数配列され、このスプラグは、内輪と外輪の相対回転によって、わずかに回動する。一つの方向の回転においては、スプラグは、内輪と外輪の間で突っ張るように作用し、内輪と外輪を結合させる。反対の方向の回転においては、スプラグは、内輪と外輪から離れる方向に動き、この方向においては内外輪の間での回転伝達が遮断される。ワンウェイクラッチの形式は、これに限らず、例えば、内外輪の間に形成されたくさび状の隙間にボールを配置したボール形であってもよい。クラッチ、ブレーキ、ワンウェイクラッチは、複数が備えられ、それぞれを区別するために、Ｃ，Ｂ，Ｆに、１〜４または０〜３の数字を組み合わせて、以下の説明を行う。

多段変速機構１８の変速動作は制御部２０により制御される。制御部２０は、ＥＣＵ（電子制御装置）２２、流体圧制御部２４を含む。ＥＣＵ２２は、動力装置１０の運転状態、車両の運転者のアクセルペダル、ブレーキペダル、シフトレバー等の操作に基づき、ギア段を選定し、流体圧制御部２４は、選定されたギア段となるよう所定のクラッチ、ブレーキの動作を制御する。クラッチ、ブレーキの動作の制御、すなわち係合と切断または解放の制御は、流体圧を介して行われる。

多段変速機構１８は、トルクコンバータ１６のタービン２６と一体に回転する入力軸２８を有する。多段変速機構１８は、第１〜第３の遊星歯車機構３０，３２，３４を含み、これらの機構のサンギア、キャリア、リングギアの動作を選択し、組み合わせることで前進６段、後退１段のギア段を実現している。第１遊星歯車機構３０は、互いに噛み合い、また一方がサンギア３０Ｓに、他方がリングギア３０Ｒに噛み合う２個のプラネタリピニオン（以下、ピニオンと記す。）３０Ｐを備えたダブルプラネタリ形式の遊星歯車機構である。この２個のピニオン３０Ｐが対をなし、周方向に複数対のピニオン３０Ｐが配置される。各ピニオン３０Ｐは、共通のプラネタリキャリア（以下、キャリアと記す。）３０Ｃに回転可能に支持されており、キャリア３０Ｃに対する回転（自転）と、キャリア３０Ｃと一体となった回転（公転）が可能である。サンギア３０Ｓは、クラッチＣ３を介して入力軸２８に接続され、ワンウェイクラッチＦ２を介してブレーキＢ３に接続されている。キャリア３０Ｃは、並列するブレーキＢ３とワンウェイクラッチＦ１に接続している。リングギア３０Ｒは、ブレーキＢ２に接続されており、更に、第２遊星歯車機構３２のリングギア３２Ｒと一体である。

第２遊星歯車機構３２は、シングルプラネタリ形式の遊星歯車機構である。サンギア３２ＳはクラッチＣ１とワンウェイクラッチＦ０を介して入力軸２８に接続されている。さらに、サンギア３２Ｓは、クラッチＣ１と並列に配置されたクラッチＣ４を介して入力軸２８に接続されている。ピニオン３２Ｐは、サンギア３２Ｓとリングギア３２Ｒにそれぞれ噛み合っている。ピニオン３２Ｐを回動可能に支持するキャリア３２Ｃは、クラッチＣ２を介して入力軸２８に接続されている。さらに、キャリア３２Ｃは、ワンウェイクラッチＦ３およびブレーキＢ４に接続され、また第３遊星歯車機構３４のリングギア３４Ｒと一体に回転する。リングギア３２Ｒは、前述のように、第１遊星歯車機構３０のリングギア３０Ｒと一体に回転し、ブレーキＢ２に接続されている。

第３遊星歯車機構３４は、シングルプラネタリ形式の遊星歯車機構である。サンギア３４Ｓは、第２遊星歯車機構３２のサンギア３２Ｓと一体に回転し、サンギア３２Ｓと同様に、クラッチＣ１とワンウェイクラッチＦ０、またはクラッチＣ４を介してタービン２６に接続されている。ピニオン３４Ｐを支持するキャリア３４Ｃが多段変速機構１８の出力軸３６に接続されている。リングギア３４Ｒは、前述のように第２遊星歯車機構のキャリア３２Ｃと一体に回転する。

図２は、係合要素（クラッチ、ブレーキ、ワンウェイクラッチ）の係合状態を示す図である。Ｐ，Ｒ，Ｎ，Ｄは、運転者がシフトレバー操作により選択したレンジを示し、Ｄレンジにおいては、ギア段が第１速（１ｓｔ）〜第６速（６ｔｈ）で示されている。図中、丸（○）、二重丸（◎）は回転の伝達に寄与している係合要素を示している。二重丸（◎）は、エンジンブレーキを作用させる時に使用される係合要素を示している。三角（△）は、係合状態に制御されるが回転伝達に寄与していない要素を示している。

第１速のギア段を選択するためには、クラッチＣ１が係合状態に制御される。これにより、ワンウェイクラッチＦ０を介して第３遊星歯車機構のサンギア３４Ｓが入力軸２８と一体に回転する。また、サンギア３４Ｓの回転により、リングギア３４Ｒも回転しようとするが、これはワンウェイクラッチＦ３により阻止される。この結果、キャリア３４Ｃは、サンギア３４Ｓの回転速度の二分の１の速度で回転する。ワンウェイクラッチＦ０，Ｆ３は、この逆方向の回転伝達、すなわち出力軸３６から入力軸２８へ回転を伝達しようとしても空転する。つまり、エンジンブレーキが効かないが、エンジンブレーキを必要とする場合は、上記のワンウェイクラッチと並列に配置されたクラッチＣ４とブレーキＢ４を係合することにより、逆方向の伝達が可能となる。

第２速のギア段を選択するためには、クラッチＣ１とブレーキＢ３が係合状態に制御される。クラッチＣ１の係合により、ワンウェイクラッチＦ０を介して第２および第３遊星歯車機構３２，３４のサンギア３２Ｓ，３４Ｓが入力軸２８と一体に回転する。サンギア３２Ｓの回転により、リングギア３２Ｒも回転しようとする。しかし、ブレーキＢ３を係合することにより、リングギア３２Ｒの回転は阻止される。ブレーキＢ３を係合すると、ワンウェイクラッチＦ２を介して第１遊星歯車機構３０のサンギア３０Ｓが固定され、さらにワンウェイクラッチＦ１によりキャリア３０Ｃも固定される。このように、第１遊星歯車機構３０の２要素が固定されるため、リングギア３０Ｒが固定され、これと一体の第２遊星歯車機構３２のリングギア３２Ｒも固定される。これにより、キャリア３２Ｃは、サンギア３２Ｓの回転速度の二分の１の速度で回転する。このとき、ワンウェイクラッチＦ３は空転状態である。第３遊星歯車機構のリングギア３４Ｒは、キャリア３２Ｃと一体に回転し、キャリア３４Ｃは、サンギア３４Ｓとリングギア３４Ｒの中間の速度で回転する。エンジンブレーキを必要とする場合は、ブレーキＢ２を係合して第２遊星歯車機構３２のリングギア３２Ｒを固定し、ワンウェイクラッチＦ０に並列配置されたクラッチＣ４を係合する。

上述の第１速、第２速の作動状態を比較すると、第１速は、第３遊星歯車機構３４のリングギア３４Ｒが静止しているのに対し、第２速では、リングギア３４Ｒは、サンギア３４Ｓと同方向に、ただしサンギア３４Ｓよりゆっくりと回転している。この結果、入力軸２８の回転速度が同じ場合、第２速による出力軸３６の速度は、第１速のそれよりも速くなる。逆に、出力軸３６の回転速度が同じであれば、入力軸２８の速度は、第１速の場合の速度の方が高い。第３速以降の各ギア段の動作については、図１の骨格図および図２の係合表を参照し、上記と同様に思考すれば、当業者であれば、容易に理解できるので説明は省略する。

前述のように、制御部２０は、動力装置１０の運転状態を把握するために、複数のパラメータを取得するが、このパラメータに多段変速機構１８の入力軸２８と出力軸３６の回転速度が含まれる。入力軸２８および出力軸３６の回転速度を検出するために入力軸速度センサ３８と出力軸速度センサ４０が設けられている。

図３は、動力装置１０の動作を説明するためのタイムチャートである。図３（ａ）は、本発明に係る制御を実行しない従前の制御を示し、図３（ｂ）は、本発明に係る制御を示す。図３は、車両が極低速で走行中に、アクセルをオフにして減速した後、再度アクセルを操作して加速を開始する状況を示している。また、入力軸の回転速度として一点鎖線で示される速度は、ワンウェイクラッチが係合していると仮定したときの速度である。この速度を以下では同期速度と呼ぶ。言い換えれば、同期速度で入力軸２８と出力軸３６が回転している状態は、これらの軸が、選択されたギア段のギア比に従った速度で回転している状態のことである。図３においては、出力軸３６が同一の速度のとき、第１速が選択されているときの同期速度（第１速同期速度）と、第２速が選択されているときの同期速度（第２速同期速度）が一点鎖線で示されている。前述のように、出力軸速度が同じであれば、入力軸の第１速時の同期速度の方が、第２速時のそれよりも速くなる。

アクセル操作のチャートは、時刻ｔ１でアクセルをオフ操作し、時刻ｔ２においてアクセル操作をすることを示している。図３（ａ）では、アクセルのオン−オフ−オンの間、ギア段は第１速が維持される。アクセルがオフとなると、原動機１２の速度が低下してこれに伴い入力軸２８の回転速度も徐々に低下する。このとき、駆動力がなくなるので、車両の速度も低下するが、ブレーキ操作がなされていない場合、通常は、その速度の低下は、原動機１２の速度ほどには低下しない。これは、入力軸２８の速度の低下が、出力軸３６の速度の低下を上回る速度で進行することを意味する。一方、ワンウェイクラッチＦ０，Ｆ３は、出力軸３６の速度が高い場合には、空転状態となる。これにより、アクセルオフ後、図示するように入力軸２８の速度は、第１速同期速度から外れる。また、逆に、現在選択されいている第１速の同期速度から入力軸の速度が外れたときには、ワンウェイクラッチが空転状態であることが分かる。

時刻ｔ２において、アクセルがオンとなると、原動機１２の速度が増加して、これに伴い入力軸２８の速度も増加する。一方、ワンウェイクラッチＦ０，Ｆ３は、まだ空転状態で出力軸３６にトルクは伝達されない。入力軸２８の速度が第１速の同期速度に達すると（時刻ｔ３）、ワンウェイクラッチＦ０，Ｆ３が係合し、これ以後、出力軸３６に回転が伝達される。

時刻ｔ２から時刻ｔ３の間、運転者はアクセルをオンとしているのに車両が加速せず、応答性が悪いと感じる。また、ワンウェイクラッチの係合までの入力軸回転速度の変化が大きいため、再加速時のショックも大きくなる。

図３（ｂ）に示す本発明の制御においては、アクセルをオフにして、ワンウェイクラッチＦ０，Ｆ３が空転している状態で、入力軸速度が低下し、第２速同期速度に達すると、第２速を選択するよう制御する（時刻ｔ４）。すなわち、ＥＣＵ２２は、入力軸速度センサ３８と出力軸速度センサ４０の出力に基づき入力軸速度および出力軸速度を取得し、入力軸速度が、そのときの第２速の出力軸速度から求められる第２速同期速度に達すると、流体圧制御部２４に対し、第２速のギア段が選択されるよう流体圧回路の制御を行うよう指示を行う。流体圧制御部２４は、この指示に従ってクラッチ、ブレーキの制御を行う。具体的には、クラッチＣ１は係合状態を維持し、ブレーキＢ３を新たに係合させ、第２速へシフトアップする。

再びアクセルがオンに操作されると、時刻ｔ３より早い時刻ｔ５において、同期速度（この場合は第２速同期速度）に達し、ここから回転伝達が開始される。したがって、第１速に維持された場合よりも、早期に動力伝達が開始され空走感を低減することができる。また、ワンウェイクラッチＦ０，Ｆ１，Ｆ２が係合するまでの入力軸速度の変化が少なくなり、係合したときのショックは、小さくて済む。

上記の制御例においては、入力軸の回転速度が第２速の回転速度に達したことをもって、第２速への変速制御を行った。しかし、これに限らず、入力軸の回転速度が、第２速同期速度に近い所定の値に達したことをもって、第２速への変速制御を行ってもよい。この所定の値は、その値に達した時点でアクセルをオンに操作したとき、発生するショック、または搭乗者が感じるショックが、第２速が選択されていたときの方が小さくなる値とすることができる。簡単には、第１速同期速度と第２速同期速度の中点の速度に設定することができる。

また、入力軸回転速度が、第２速の同期速度に達した後も低下し、第３速の同期速度に近づいた、または達したことをもって、第３速への変速制御を行ってもよい。第４速以降についても同様である。

さらに、第２速、またはそれ以外のギア段で走行中に、入力軸速度が、当該ギア段の同期速度から外れた場合にも同様の制御を行ってもよい。つまり、現在選択されているギア段とは別の他のギア段の同期速度に近づいた、または達したときに、そのギア段への変速制御を行うようにしてよい。

１０ 動力装置、１２ 原動機、１４ 自動変速機、１８ 多段変速機構、２０制御部、２８ 入力軸、３０ 第１遊星歯車機構、３２ 第２遊星歯車機構、３４ 第３遊星歯車機構、３８ 入力軸速度センサ、４０ 出力軸速度センサ。

Claims (3)

1. ギア比の異なる複数のギア段を有する変速機構を備え、前記変速機構への入力を、選択された前記ギア段により速度を変換して出力する車両用自動変速機において、前記変速機構の変速動作を制御する制御装置であって、
   変速機への入力軸の回転速度を検出する入力回転速度センサと、
   変速機からの出力軸の回転速度を検出する出力回転速度センサと、
   ワンウェイクラッチを介して回転の伝達を行うギア段が選択され、かつ当該ワンウェイクラッチが空転している状態において、入力回転速度と出力回転速度の比が、他のギア段のギア比に近い所定範囲となったとき、当該他のギア段へ変速するよう前記変速機構を制御する、制御部と、
   を有し、
   制御部は、前記他のギア段への変速制御後、アクセルがオンに操作された後も、前記他のギア段を維持する、
   車両用自動変速機の制御装置。
2. 請求項１に記載の車両用自動変速機の制御装置であって、前記他のギア段への変速動作は、シフトアップ動作である、車両用自動変速機の制御装置。
3. 請求項１または２に記載の車両用自動変速機の制御装置であって、前記他のギア段への変速動作は、入力回転速度と出力回転速度の比が、当該他のギア段のギア比に達したことをもって実行される、車両用自動変速機の制御装置。
   
   

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