JP5528129B2 - トルクコンバータの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の変速機等に用いられるトルクコンバータの制御装置に関するもので、とくにロックアップクラッチを備えたトルクコンバータの制御装置に関する。

例えば自動車用のトルクコンバータには、エンジン側に接続されるインペラと変速機構側に接続されるタービンとを直結させるロックアップクラッチを設け、このロックアップクラッチを締結させることにより動力伝達効率を高めて、これにより燃費向上を図っている。
そして、さらなる燃費向上、あるいは変速時のショック防止のため、ロックアップクラッチを完全締結しないでスリップ状態で締結するいわゆるスリップ制御も行われるようになっている。

このスリップ制御が行われると、ロックアップクラッチの摩擦材からの発熱が大きくなり、当該摩擦材やロックアップクラッチまわりのシール部材等の耐久性に影響を与えることとなる。
この対策として、特開２００１−６５６８５号公報には、ロックアップクラッチの摩擦材の表面温度が所定の限界温度以上になると、ロックアップクラッチを完全締結させるか、または完全解放させて、摩擦材の表面温度を低下させるよう制御する技術が提案されている。

特開２００１−６５６８５号公報

しかしながら、上記特開２００１−６５６８５号公報には、摩擦材の表面温度が高くなったときに、単にロックアップクラッチを完全締結させる、または完全解放させる旨の記載しかなく、どのような場合にロックアップクラッチの完全締結を選択し、あるいは完全解放の方を選択するのか不明のままである。
実際問題として、摩擦材が高温になったときに、一律に完全解放させるものとすればその分だけ燃費が低下し、他方、一律に完全締結させるものとすれば運転者の加速要求に応えられず、運転性が悪化する事態を招いてしまうという問題が生じる。

したがって本発明は、上記問題に鑑み、燃費と運転性の両立を図りながら、有効にロックアップクラッチの摩擦材の温度上昇を防止するようにしたトルクコンバータの制御装置を提供することを目的とする。

このため本発明は、原動機と自動変速機の間に設けられ、ロックアップクラッチを備えたトルクコンバータにおいて、ロックアップクラッチのスリップ量を制御するロックアップクラッチ制御手段と、ロックアップクラッチの摩擦材の温度状態を検出する温度状態検出手段とを有し、ロックアップクラッチ制御手段は、ロックアップクラッチをスリップ状態に制御している間、温度状態検出手段が摩擦材の高温状態を検出したとき、運転者の加速要求があると見なされる自動変速機の変速比が所定の変速比以上、またはアクセル開度が所定の開度以上の場合はロックアップクラッチを完全解放し、自動変速機が所定の変速比より小さく、かつアクセル開度が前記所定の開度より小さい場合はロックアップクラッチのスリップ量をゼロにするトルクコンバータの制御装置とした。

本発明によれば、ロックアップクラッチの摩擦材の温度上昇を防止しながら、運転状態に応じて運転性と燃費を両立させることができる。

本発明の実施の形態の構成を示す図である。 自動変速機の制御領域を示す図である。 トルクコンバータの構成を示す図である。 温度低減制御の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は自動車のパワートレーンに適用された実施の形態の構成を示す図である。
原動機としてのエンジン１と自動変速機３の間に、ロックアップクラッチ３０を備えるトルクコンバータ２が配置され、自動変速機３とトルクコンバータ２における作動油圧がコントロールバルブ４により制御される。
エンジン１はエンジンコントローラ５により制御され、コントロールバルブ４は、変速機コントローラ６により制御される。
エンジンコントローラ５には制御入力情報として、アクセル開度センサ７からのアクセルペダル開度（以下、単にアクセル開度という）、およびエンジン回転数センサ８からのエンジン回転数が入力される。エンジンコントローラ５はアクセル開度とエンジン回転数に応じて燃料供給量や点火時期を制御する。

変速機コントローラ６には同じく制御入力情報として、アクセル開度センサ７からのアクセル開度、およびエンジン回転数センサ８からのエンジン回転数が入力されるほか、インヒビタスイッチ９から運転者による選択レンジ信号、車速センサ１０からの車速、およびタービン回転数センサ１１からのトルクコンバータ２におけるタービン回転数が入力される。
変速機コントローラ６では公知のように、選択レンジに応じて、とくに前進走行のＤレンジ等において、アクセル開度と車速に応じて、図２に示すように、複数の変速段（ここでは前進１〜７速）を実現するようコントロールバルブ４へ制御信号を出力する。

また、変速機コントローラ６は、変速段とアクセル開度に基づく所定領域（ロックアップ領域）でロックアップクラッチ３０を締結させる制御信号を出力してロックアップ状態
とする。
図２では、
第１速（変速比最大）中、所定車速より低い範囲は、ロックアップ解放（Ｌ／Ｕｏｆｆ）領域、
第１速の中所定車速以上から第４速の範囲は常温時スリップ（Ｌ／Ｕｓｌｉｐ）領域、
第５速、第６速は完全締結ではないが、スリップ量の目標値をゼロとする目標スリップ
ゼロ（Ｌ／Ｕｓｌｉｐ−０）領域、
第７速（変速比最小）はロックアップ（完全締結、Ｌ／Ｕｏｎ）領域となっている。
スリップ領域のなかには、第３速から第４速で所定のアクセル開度より低い範囲が、高温時Ｌ／Ｕｏｎ領域として設定されている。
ここで、常温、高温は摩擦板の温度であって、高温は後述する発熱量が所定値以上の状
態を指す。
なお、図２は概略を示すものであって、実際には所定のヒステリシスをもってアップシフト・ダウンシフト、およびロックアップ制御の状態遷移を行う。

図３はトルクコンバータ２の構成を示す図である。
軸方向一端の内壁２２にインペラ２５を固定したコンバータカバー２１内に、インペラ２５と対向させてタービン２６が配置され、固定軸に保持されたステータ２７がインペラ２５とタービン２６の間に配置されている。
コンバータカバー２１はエンジン出力軸２８に連結され、タービン２６は自動変速機３の入力軸２９に結合されている。
コンバータカバー２１内は作動油で満たされ、インペラ２５の回転による動圧を受けてタービン２６が回転し、エンジン１の回転動力が自動変速機３へ伝達される。

コンバータカバー２１内には、その他端の内壁２３とタービン２６との間の空間にロックアップピストン３１が配置されてロックアップクラッチ３０が構成されている。ロックアップピストン３１は入力軸と一体回転可能かつ軸方向に移動可能で、内壁２３に対向して周辺部に摩擦材３２を備えている。
内壁２３とタービン２６間の空間は、ロックアップピストン３１により、内壁２３とロックアップピストン３１に挟まれたロックアップ解放室Ｒ１と、その外部のロックアップ締結室Ｒ２とに２分されている。

そして、ロックアップ解放室Ｒ１の油圧ｐｆを低下させることによりロックアップピストン３１を内壁２３側へ移動させ、摩擦材３２を内壁２３に押圧してロックアップ状態となり、インペラ２５（コンバータカバー２１）とタービン２６が一体回転する。これによりエンジン１の回転動力が直接自動変速機３の入力軸に伝達される。
一方、ロックアップ解放室Ｒ１の油圧ｐｆを高くすることにより摩擦材３２を内壁２３から離間させてロックアップ解放状態となり、上述のように作動油を介してエンジン１の回転動力が入力軸に伝達される。

変速機コントローラ６は、インペラ２５とタービン２６を一体回転させる完全締結のほか、走行状態に応じてロックアップ解放室Ｒ１の油圧を制御することにより、摩擦材３２と内壁２３のスリップ状態で締結するスリップ制御も行う。
このスリップ制御を行った場合、前述のように摩擦材３２からの発熱が大きくなるので、発熱状況に応じて変速機コントローラ６はロックアップクラッチ３０のスリップ状態を回避して摩擦板３２の温度を低下させる制御を行う。

以下、変速機コントローラ６による摩擦板３２の温度低減制御について説明する。
ここでは、図２における第１速〜第４速のスリップ領域で運転中の温度上昇を対象とする。
図４は、温度低減制御の流れを示すフローチャートである。この制御フローはスリップ制御中に所定時間間隔で繰り返される。

まずステップ１００において、摩擦材３２の発熱量が予め設定した所定値Ｑ１以上であるかどうかをチェックする。発熱量はロックアップクラッチ３０の伝達トルク、スリップ量、およびスリップ時間に基づいて算出する。
ロックアップクラッチ３０の伝達トルクはエンジントルクと同等として、ここではスロットル開度に対応するアクセル開度とエンジン回転数とから求められる。
スリップ量は、インペラ回転数とタービン回転数の差であるが、インペラ回転数はエンジン回転数と同一であるから、エンジン回転数とタービン回転数とから求められる。
スリップ時間は、ロックアップクラッチ３０が連続してスリップ制御されている経過時間である。

算出した発熱量が所定値Ｑ１以上でない場合は、温度低減制御は不要として今回のフローは終了する。
発熱量が所定値Ｑ１以上である場合は、ステップ１０１へ進み、現在の制御領域がスリップ領域における高温時Ｌ／Ｕｏｎ領域（図２参照）であるかどうかをチェックする。
高温時Ｌ／Ｕｏｎ領域にある場合はステップ１０２へ進み、高温時Ｌ／Ｕｏｎ領域にない場合はステップ１０３へ進む。

ステップ１０２では、制御領域がＬ／Ｕｏｎ領域、すなわち第３速から第４速で所定のアクセル開度αより低い範囲であるから、燃費を優先して、ロックアップクラッチ３０を完全締結する。これにより、スリップ量がゼロとなり、摩擦による摩擦板３２の発熱が停止する。
一方、ステップ１０３では、制御領域がＬ／Ｕｏｎ領域の外部、すなわち第１速から第２速、または第３速から第４速でアクセル開度が大きいので、運転者の加速要求があるものとして、ロックアップクラッチ３０を完全解放し、トルクコンバータ２を伝達トルク増大のコンバータ状態にする。完全解放により摩擦板３２の内壁２３との摩擦をゼロとする。

ステップ１０２あるいは１０３の後は、ステップ１０４において、摩擦材３２の発熱量が所定値Ｑ２より低くなっているかどうかをチェックする。
所定値Ｑ２はヒステリシス付与のためＱ１よりもわずかに小さく設定される。
発熱量が所定値Ｑ２以上の場合はステップ１０１へ戻って、ステップ１０２または１０３までの処理を繰り返す。
上記処理の繰り返しにより発熱量が所定値より低くなると、ステップ１０５においてスリップ制御に戻り、本制御フローを終了する。

本実施の形態では、図４のフローチャートにおけるステップ１００の処理を実行する変速機コントローラ６の機能部分が発明における温度状態検出手段に該当し、ステップ１０１〜１０５の処理を実行する変速機コントローラ６の機能部分がロックアップクラッチ制御手段に該当する。
また、発熱量が所定値以上の状態が発明における摩擦材の高温状態に該当し、第２速の変速比が所定の変速比、アクセル開度αが所定の開度にそれぞれ該当する。
すなわち、高温時Ｌ／Ｕｏｎ領域が「所定の変速比より小さく、またはアクセル開度が所定の開度より小さい場合」に対応し、第１速〜第４速のスリップ領域における高温時Ｌ／Ｕｏｎ領域を除く領域が「所定の変速比以上、またはアクセル開度が所定の開度以上の場合」に対応している。

本実施の形態は以上のように構成され、変速機コントローラ６はコントロールバルブ４を介してトルクコンバータ２のロックアップクラッチ３０をスリップ状態に制御している間、ロックアップクラッチの摩擦材３２の発熱量を算出して、発熱量が所定値以上であるとき、自動変速機３が第３速より低速側、またはアクセル開度が所定の開度以上の場合はロックアップクラッチ３０を完全解放し、自動変速機３が第３速または第４速で、かつアクセル開度が所定の開度より小さい場合はロックアップクラッチ３０を完全締結するものとしたので、ロックアップクラッチの摩擦材３２の温度上昇を防止しながら、運転状態に応じて運転性と燃費の両立をさせることができる。（請求項１、２に対応する効果）

また、摩擦材３２が高温状態であることをロックアップクラッチ３０の伝達トルク、スリップ量、およびスリップ時間に基づいて算出する発熱量で判断するものとしているので、摩擦材の温度を直接検出する温度センサが不要である。（請求項３に対応する効果）

なお、実施の形態には、変速比およびアクセル開度の両方に基づいて、ロックアップクラッチ３０を完全解放状態に制御するか、またはロックアップクラッチ３０のスリップ量をゼロに制御するものを示したが、これに限定されるものではなく、例えば、変速比にかかわらず、アクセル開度が所定開度以上のときにロックアップクラッチ３０を完全解放状態に制御し、所定開度より小さいときにロックアップクラッチ３０のスリップ量をゼロに制御するものや、アクセル開度にかかわらず、変速比が所定変速比以上のときにロックアップクラッチ３０を完全解放状態に制御し、所定変速比より小さいときにロックアップクラッチ３０のスリップ量をゼロに制御するものであってもよく、アクセル開度または変速比のいずれか一方に基づいてロックアップクラッチ３０を制御するものであってもよい。

さらに、アクセル開度に基づいてロックアップクラッチ３０を完全解放状態に制御するか、またはロックアップクラッチ３０のスリップ量をゼロに制御するものを示したが、これに限定されるものではなく、例えばスロットル開度などアクセル開度に対応するパラメータに基づいてロックアップクラッチ３０を制御するものであってもよい。

また、摩擦材３２が高温状態であることをロックアップクラッチ３０の伝達トルク、スリップ量、およびスリップ時間に基づいて算出する発熱量で判断するものとしたが、これに限定されず、例えば、油温に基づいて判断するものなど、摩擦材３２が高温状態であることを判断できるものであればよい。

さらにまた、実施の形態では低変速比（高速段）およびアクセルの小開度領域で高温状態となった場合に、ロックアップクラッチ３０のロックアップ解放室Ｒ１とロックアップ締結室Ｒ２との差圧を最大にして完全締結させるものとしたが、これに限定されるものではなく、低変速比およびアクセルの小開度領域で高温状態となった場合に、完全締結させる代わりに、ロックアップクラッチ３０のスリップ量の目標値をゼロにするものであってもよい。スリップ量の目標値をゼロにする場合も摩擦板３２の発熱が少なく、温度が低下する。

なお、実施の形態は前進１〜７速の自動変速機に適用した例を示したが、変速段の数はこれに限らず、したがってスリップ制御領域や高温時Ｌ／Ｕｏｎ領域の範囲も必用に応じて適宜に設定することができるものである。

本発明は、自動車の変速機等に用いられるロックアップクラッチ付きトルクコンバータに適用してとくに有効である。

１ エンジン
２ トルクコンバータ
３ 自動変速機
４ コントロールバルブ
５ エンジンコントローラ
６ 変速機コントローラ
７ アクセル開度センサ
８ エンジン回転数センサ
９ インヒビタスイッチ
１０ 車速センサ
１１ タービン回転数センサ
２１ コンバータカバー
２２ 内壁
２３ 内壁
２５ インペラ
２６ タービン
２７ ステータ
２８ エンジン出力軸
２９ 入力軸
３０ ロックアップクラッチ
３１ ロックアップピストン
３２ 摩擦材
Ｒ１ ロックアップ解放室
Ｒ２ ロックアップ締結室

Claims (5)

1. 原動機と自動変速機の間に設けられ、ロックアップクラッチを備えたトルクコンバータにおいて、
   ロックアップクラッチのスリップ量を制御するロックアップクラッチ制御手段と、
   ロックアップクラッチの摩擦材の温度状態を検出する温度状態検出手段とを有し、
   前記ロックアップクラッチ制御手段は、ロックアップクラッチをスリップ状態に制御し
   ている間、前記温度状態検出手段が前記摩擦材の高温状態を検出したとき、
   運転者の加速要求があると見なされる自動変速機の変速比が所定の変速比以上、またはアクセル開度が所定の開度以上の場合はロックアップクラッチを完全解放し、
   自動変速機の変速比が前記所定の変速比より小さく、かつアクセル開度が前記所定の開度より小さい場合はロックアップクラッチのスリップ量をゼロにする
   ことを特徴とするトルクコンバータの制御装置。
2. 原動機と自動変速機の間に設けられ、ロックアップクラッチを備えたトルクコンバータにおいて、
   ロックアップクラッチのスリップ量を制御するロックアップクラッチ制御手段と、
   ロックアップクラッチの摩擦材の温度状態を検出する温度状態検出手段とを有し、
   前記ロックアップクラッチ制御手段は、ロックアップクラッチをスリップ状態に制御し
   ている間、前記温度状態検出手段が前記摩擦材の高温状態を検出したとき、
   運転者の加速要求があると見なされる自動変速機の変速比が所定の変速比以上の場合はロックアップクラッチを完全解放し、
   自動変速機の変速比が前記所定の変速比より小さい場合はロックアップクラッチのスリップ量をゼロにする
   ことを特徴とするトルクコンバータの制御装置。
3. 原動機と自動変速機の間に設けられ、ロックアップクラッチを備えたトルクコンバータにおいて、
   ロックアップクラッチのスリップ量を制御するロックアップクラッチ制御手段と、
   ロックアップクラッチの摩擦材の温度状態を検出する温度状態検出手段とを有し、
   前記ロックアップクラッチ制御手段は、ロックアップクラッチをスリップ状態に制御し
   ている間、前記温度状態検出手段が前記摩擦材の高温状態を検出したとき、
   運転者の加速要求があると見なされるアクセル開度が所定の開度以上の場合はロックアップクラッチを完全解放し、
   アクセル開度が前記所定の開度より小さい場合はロックアップクラッチのスリップ量をゼロにする
   ことを特徴とするトルクコンバータの制御装置。
4. ロックアップクラッチを完全締結することによりスリップ量をゼロにすることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載のトルクコンバータの制御装置。
5. 前記摩擦材の高温状態は、ロックアップクラッチの伝達トルク、スリップ量およびスリ
   ップ時間に基づいて検出することを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載のトルクコンバータの制御装置。

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