JP5610193B2 - 車両用変速装置 - Google Patents
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Description
また、本願において「変速比」とは、変速機構に各変速段が形成された場合の、各変速段を形成する各歯車の歯数等により規定される、入力部材の回転速度と出力部材の回転速度との比であり、本願では入力部材の回転速度を出力部材の回転速度で除算した値である。
また、本願において「駆動連結」とは、2つの回転要素が駆動力を伝達可能に連結された状態を指し、当該2つの回転要素が一体的に回転するように連結された状態、或いは当該2つの回転要素が一又は二以上の伝動部材を介して駆動力を伝達可能に連結された状態を含む概念として用いている。このような伝動部材としては、回転を同速で又は変速して伝達する各種の部材が含まれ、例えば、軸、歯車機構、摩擦係合要素、ベルト、チェーン等が含まれる。
上記の特徴構成によれば、中間目標変速段として、最終目標変速段の変速比より小さい変速比の変速段が決定される。そして、中間目標変速段に対する入力部材の目標回転速度は、最終目標変速段に対する入力部材の目標回転速度より低くなる。よって、空走状態から実走行状態に移行する際に、入力部材の回転速度が中間目標変速段に対する目標回転速度付近に達するまでの期間は、入力部材の回転速度が最終目標変速段に対する目標回転速度に達するまでの期間に比べて、短くなる。従って、空走状態から実走行状態に移行する際に、直接に最終目標変速段を形成する場合に比べて、加速方向のトルク(正トルク)を出力部材に伝達可能になるまでの期間を大幅に短縮することができ、運転者の加速要求に対する応答速度を向上させることができる。
また、エンジンの駆動力により駆動されて変速装置に供給する油圧を発生させる油圧ポンプを備える車両においても、上記の構成によれば、実走行状態に移行する前に、油圧ポンプにより油圧を発生させることができ、変速装置における複数の係合要素の係合及び解放を確実に行うことができる。
本発明に係る車両用変速装置1の第一の実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態においては、本発明に係る車両用変速装置1を、エンジンを駆動力源として備えた車両に適用する場合を例として説明する。以下では、車両用変速装置1を単に「変速装置1」と称する。
図1は、本実施形態に係る変速装置1を備えた車両の概略構成を示す模式図である。なお、図1において、実線は駆動力(トルク)の伝達経路を示し、破線は作動油の指令圧又は作動油の供給経路を示し、一点鎖線は電気信号の伝達経路を示している。この図に示すように、本実施形態に係る変速装置1は、概略的には、駆動力源としてのエンジンEに駆動連結される入力軸Iと、車輪18に駆動連結される出力軸Oと、複数の係合要素を備えると共に当該複数の係合要素の係合及び解放が制御されることにより選択的に形成される複数の変速段を備え、当該各変速段の変速比(減速比)で入力軸Iの回転速度を変速して出力軸Oに伝達する変速機構TMと、少なくとも変速機構TMの制御を行う変速装置1用の制御装置31と、を備えた構成となっている。また、図1に示すように、変速装置1の入力軸Iは、トルクコンバータTC及びエンジン出力軸Eoを介して、エンジンEに駆動連結されている。また、この変速装置1は、制御装置31により制御されて、変速機構TM及びトルクコンバータ14などの各油圧作動部に指令圧の作動油を供給する油圧制御装置PCを備えている。なお、入力軸Iが本発明における「入力部材」であり、出力軸Oが本発明における「出力部材」であり、制御装置31が本発明における「制御装置」である。
エンジンEは、燃料の燃焼により駆動される内燃機関であり、例えば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの公知の各種エンジンを用いることができる。エンジンEは、エンジンEを所定の運転状態に制御するエンジン制御装置21を備えている。また、エンジンEは、エンジンEを始動させるスタータSTを備えている。スタータSTは、直流モータ等で構成され、図示されていないバッテリに電気的に接続されている。スタータSTは、エンジンEが停止された状態で、バッテリから供給される電力により駆動されてエンジン出力軸Eoを回転させ、エンジンEを始動させることができるように構成されている。本例では、エンジンEのクランクシャフト等のエンジン出力軸Eoが、トルクコンバータ14を介して入力軸Iに駆動連結されている。
トルクコンバータ14は、エンジンEのエンジン出力軸Eoの回転駆動力を、入力軸Iを介して変速機構TMに伝達する装置である。このトルクコンバータ14は、エンジン出力軸Eoに駆動連結された入力側回転部材としてのポンプインペラ14aと、入力軸Iに駆動連結された出力側回転部材としてのタービンランナ14bと、これらの間に設けられ、ワンウェイクラッチを備えたステータ14cと、を備えている。そして、トルクコンバータ14は、内部に充填された作動油を介して、入力側(駆動側)のポンプインペラ14aと出力側(従動側)のタービンランナ14bとの間の駆動力の伝達を行う。このため、駆動側と従動側の回転軸の間には、通常、トルク差及び回転速度差が生じる。なお、トルクコンバータ14は、ワンウェイクラッチを備えたステータ14cを備えているので、入力側から出力側へは駆動力を伝達するが、出力側から入力側へは駆動力を伝達しない。
変速機構TMは、複数の係合要素を備えると共に当該複数の係合要素の係合及び解放が制御されることにより選択的に形成される複数の変速段を備え、当該各変速段の変速比(減速比)で入力軸Iの回転速度を変速して出力軸Oに伝達する。また、変速機構TMは、全ての係合要素が解放されることにより、何れの変速段も形成されていないニュートラル状態となる。
歯数〕)に基づいて定まっている。
次に、上述した変速装置1の油圧制御装置PCについて説明する。油圧制御装置PCは、図示しないオイルパンに蓄えられた作動油を吸引し、変速装置1の各部に作動油を供給するための油圧供給源として、機械式ポンプMPを備えている。本例では、機械式ポンプMPは、図1に示すように、トルクコンバータ14のポンプインペラ14aに駆動連結されており、エンジンEの駆動力により駆動される。従って、機械式ポンプMPは、エンジン出力軸Eoの停止中(例えば、エンジンEの停止中)には作動油を吐出しない。この状態になると、変速機構TMの各係合要素及びロックアップクラッチLCに供給される作動油の油圧は低下し、これらの係合要素は解放状態になる。
エンジンEを制御するエンジン制御装置21の構成について説明する。エンジン制御装置21は、エンジンEの動作制御を行う制御装置である。エンジン制御装置21には、エンジン回転速度センサSe1、アクセル開度センサSe5等の各種センサの入力情報が入力されている。また、エンジン制御装置21は、スタータSTや、エンジンEに燃料を供給する燃料供給装置(不図示)等を制御する電気信号を出力する。また、エンジン制御装置21は、制御装置31との間でセンサ情報及び制御パラメータ等の通信を行っており、エンジン制御装置21と制御装置31との間で、各種データを共有するとともに、協調制御を行うように構成されている。
次に、本実施形態に係る制御装置31の構成について説明する。変速装置1が備える制御装置31は、図5に示すように、変速装置1の各部の動作制御を行う。そして、制御装置31は、ニュートラル制御部32、入力情報検出部33、変速制御部34、及びロックアップ制御部35の各機能部を備えている。制御装置31は、エンジン制御装置21との間で通信を行っており、制御装置31とエンジン制御装置21との間で、各種情報を共有するとともに、協調制御を行うように構成されている。以下に、制御装置31の各構成と、制御装置31とエンジン制御装置21との間の協調制御について、詳細に説明する。
制御装置31は、CPU等の演算処理装置を中核部材として備えるとともに、当該演算処理装置からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたRAM(ランダム・アクセス・メモリ)や、演算処理装置からデータを読み出し可能に構成されたROM(リード・オンリ・メモリ)、メモリ等の記憶装置等を有して構成されている(不図示)。そして、ROM等に記憶されたソフトウェア(プログラム)又は別途設けられた演算回路等のハードウェア、或いはそれらの両方により、上記の制御装置31の各機能部32〜35が構成される。これらの各機能部32〜35は、互いに情報の受け渡しを行うことができるように構成されている。
入力情報検出部33は、制御装置31に接続された上記の各種センサ等の入力情報を検出する機能部である。制御装置31の各機能部は、入力情報検出部33により検出された各検出値を用いて、各種の動作処理を実行する。以下に図5に示している各センサ入力について説明する。入力軸回転速度センサSe2は、入力軸Iの回転速度を検出するセンサである。この入力軸回転速度センサSe2により検出される回転速度は、トルクコンバータ14の出力側の回転速度であって、変速機構TMの入力側の回転速度となる。出力軸回転速度センサSe3は、出力軸O(出力ギヤO1)の回転速度を検出するセンサである。この出力軸回転速度センサSe3により検出される回転速度は、変速機構TMの出力側の回転速度となる。また、この回転速度は、車速に比例するため、入力情報検出部33は、この回転速度に基づき車速を検出する。なお、エンジン制御装置21に接続されたエンジン回転速度センサSe1は、エンジン出力軸Eoの回転速度を検出するセンサである。このエンジン回転速度センサSe1により検出される回転速度は、エンジンEの回転速度であるとともに、トルクコンバータ14の入力側の回転速度である。
変速制御部34は、通常の制御時において、車速、アクセル開度、及びシフト位置に基づいて、変速機構TMにおける目標変速段を決定し、変速機構TM内の各係合要素の係合又は解放を指令して変速を行う機能部である。このような目標変速段を決定するため、変速制御部34は、ROM等に格納された変速マップを参照し、目標変速段を決定する。図6は、本実施形態に係る変速マップの一例を示す図である。この変速マップは、「Dレンジ」用のマップでありアクセル開度及び車速に基づいて変速装置TMにおける変速段のシフトスケジュールを設定したマップである。この図に示すように、変速マップには、概略右上がりの(車速が大きくなるに従い、アクセル開度も大きくなる)直線で表される複数のアップシフト線(実線)と複数のダウンシフト線(破線)とが設定されている。ここで、アップシフト線は、変速比の大きい変速段から変速比の小さい変速段への移行スケジュールを規定した線である。また、ダウンシフト線は、変速比の小さい変速段から変速比の大きい変速段への移行スケジュールを規定した線である。変速制御部34は、シフト位置が「Dレンジ」のときにはこの変速マップと、車速及びアクセル開度と、に基づいて目標変速段を決定する。また、変速マップは、変速機構TMの各変速段の変速比を考慮して、エンジンEの回転速度が、運転範囲を超えて極端に高く又は低くならないように設定されている。
ロックアップ制御部35は、車両のアクセル開度、車速、及びシフト位置に基づいて、係合要素であるロックアップクラッチLCの目標係合状態を決定し、ロックアップクラッチLCの係合又は解放を制御する機能部である。このような目標係合状態を決定するため、ロックアップ制御部35は、ROM等に格納されたロックアップマップ(不図示)を参照し、目標係合状態を決定する。そして、ロックアップ制御部35は、決定された目標係合状態に応じて、ロックアップクラッチLCに、指令圧の設定シーケンスに従い、油圧制御装置PCを介して、設定した作動油の指令圧を供給してロックアップクラッチLCを係合状態又は解放状態とする制御を行う。本実施形態では、ニュートラル制御部32により、ニュートラル制御及びニュートラル制御後の再係合制御が行われているときは、ロックアップ制御部35は、ロックアップクラッチLCを解放状態とする制御を行う。一方、本実施形態では、ロックアップ制御部35は、ニュートラル制御部32からロックアップクラッチLCの係合又は解放の指令が与えられた場合は、ニュートラル制御部32の指令に従い、ロックアップクラッチLCの係合又は解放を制御する。
ニュートラル制御部32は、少なくとも車速及び運転者要求に基づき、後述するニュートラル制御を行うとともに、ニュートラル制御後に変速機構TMの複数の係合要素を再係合させることにより変速機構TMに変速段を形成する再係合制御を行う機能部である。本実施形態では、ニュートラル制御部32は、ニュートラル制御中は、エンジンEを停止させる制御を行い、ニュートラル制御後の再係合制御により変速段を形成する前に、エンジンEを再始動させる制御を行う。
ニュートラル制御部32は、少なくとも車速及び運転者要求に基づいて、ニュートラル制御条件が成立しているか否かの判定を行う。本実施形態では、運転者要求は、アクセル開度及びシフト位置による変速段の指定とされている。
ここで、ニュートラル制御条件は、本例では車速、アクセル開度、及びシフト位置に基づいて予め定められている。例えば、車両が走行中であって、アクセル開度が車速に応じて設定される所定範囲内であり且つ、シフト位置が「Dレンジ」であることが、ニュートラル制御条件として定められている。ニュートラル制御部32は、ニュートラル制御条件が満たされた場合に、ニュートラル制御条件が成立したと判定する。一方、ニュートラル制御部32は、運転者がアクセルペダルAPを踏み込む等して、アクセル開度が所定範囲外になった場合、もしくは、運転者がシフト位置を「Dレンジ」以外のレンジ、例えば「2レンジ」等に変更した場合等、ニュートラル制御条件が満たされなくなった場合は、ニュートラル制御条件が不成立となったと判定する。
ニュートラル制御部32は、ニュートラル制御条件が成立した場合は、変速機構TMを何れの変速段も形成されていないニュートラル状態にする制御を行う。
本実施形態では、ニュートラル制御部32は、ニュートラル制御条件の成立中にエンジンEを停止状態にするための制御を行うとともに、変速機構TMの全ての係合要素を解放状態にして、変速機構TMをニュートラル状態に制御する。具体的には、制御装置31は、ニュートラル制御条件が成立した場合に、エンジン制御装置21に対してエンジンEの停止を許可する信号を伝える。これにより、エンジン制御装置21により所定の条件下でエンジンEが停止状態に制御される。なお、本実施形態では、エンジンEが停止状態に制御されることにより、機械式ポンプMPが停止して油圧制御装置PCに供給されている油圧源の油圧が低下する。これによっても、変速機構TMの各係合要素に油圧制御装置PCから油圧が供給されなくなり、当該係合要素が解放状態になる。
ニュートラル制御部32は、車両が走行状態であって且つ変速機構TMが何れの変速段も形成していないニュートラル状態である空走状態から、変速段を形成して実走行状態に移行する際に、複数の変速段の中から、少なくとも車速及び運転者要求に応じた1つの最終目標変速段と、最終目標変速段より変速比が小さい中間目標変速段と、を決定し、中間目標変速段を形成した後に最終目標変速段を形成する制御である再係合制御を行う。以下にニュートラル制御部32による再係合制御について詳細に説明する。
ニュートラル制御部32は、ニュートラル制御条件が成立しているニュートラル制御中に、ニュートラル制御条件が不成立となった場合に、再係合制御の開始条件が成立したとして一連の再係合制御を開始する。本実施形態では、上記のとおり、ニュートラル制御部32は、車速と、アクセル開度及びシフト位置を含む運転者要求とに基づいて、ニュートラル制御条件が成立しているか否か判定している。以下の実施形態の説明では、車両が空走状態で、アクセル開度に基づく運転者の加速要求を受け付けた際に、実走行状態に移行する決定を行った場合を例に説明する。より具体的には、図7(時刻t11)及び図8(時刻t31)に示すように、ニュートラル制御中に運転者がアクセルペダルAPを踏み込み、アクセル開度がニュートラル制御条件の所定範囲内を逸脱して増加し、ニュートラル制御条件が不成立となった場合を例に説明する。
ニュートラル制御部32は、再係合制御を行っている間は、すくなくとも車速及び運転者要求に応じて最終目標変速段を決定する。本実施形態では、ニュートラル制御部32は、上記の変速制御部34と同様に、車速と、運転者要求としてのアクセル開度及びシフト位置とに基づいて最終目標変速段を決定する。具体的には、ニュートラル制御部32は、シフト位置が「Dレンジ」に選択されている場合は、上記の変速制御部34と同様に、車速及びアクセル開度に基づき、図6の変速マップを参照して最終目標変速段を決定する。すなわち、ニュートラル制御部32は、実走行状態において変速制御部34が図6の変速マップを参照して決定する目標変速段を、再係合制御を行っている間の最終目標変速段として決定する。なお、ニュートラル制御部32は、後述する中間目標変速段の決定のために、ニュートラル制御中も、上記の再係合制御を行っている間と同様に最終目標変速段を決定する。
また、図8に示す例では、時刻t31付近でアクセル開度が増加する前は、図6の変速マップにおいて最終目標変速段が第六速段に決定される状態であったが(状態43)、時刻t31付近でアクセル開度が増加することにより、「6−5」、「5−4」、及び「4−3」の3つのダウンシフト線を跨ぎ、最終目標変速段が第三変速段に決定される状態になる(状態44)。
ニュートラル制御部32は、再係合制御の開始条件が成立した後に、最終目標変速段より変速比が小さい変速段である中間目標変速段を決定する。本実施形態では、ニュートラル制御部32は、再係合制御の開始条件が成立する直前の最終目標変速段を、1つの中間目標変速段として決定する。本実施形態では、この中間目標変速段を第一中間目標変速段と称する。なお、ニュートラル制御部32は、中間目標変速段が、再係合制御の開始条件成立後の最終目標変速段と同じ場合は、中間目標変速段を決定せず、最終目標変速段を後述する目標変速段として決定する。
また、第一中間目標変速段から最終目標変速段までの各目標変速段の切り替えにおいて同時に2つの係合要素のつなぎ換えが発生しないように、中間変速段から少なくとも1つの中間目標変速段が決定されるように設定されている。
本実施形態では、ニュートラル制御部32は、目標変速段の形成を開始する前に、エンジンEを始動するための制御を行う。具体的には、ニュートラル制御部32は、再係合制御の開始条件が成立した場合に、エンジン制御装置21に対してエンジンEを始動させる要求信号を送出する(図7の時刻t11、図8の時刻t31)。それにより、上記のように、エンジン制御装置21は、スタータSTを駆動するとともに、エンジンEへ始動用の燃料供給を行うなどの始動シーケンスを実行し、エンジンEを始動させる。本例では、エンジン制御装置21は、エンジンEの回転速度が所定の回転速度に到達した時など、エンジンEの始動が完了したと判定した時に、エンジンEの始動完了の情報を制御装置31に送出するように構成されている(図7の時刻t12、図8の時刻t32)。
本実施形態では、ニュートラル制御部32は、再係合制御の開始条件が成立してエンジンEが始動した後に、変速機構TMの各係合要素に作動油の指令圧を供給する再係合制御を開始する(図7の時刻t12、図8の時刻t32)。エンジンEが始動すると、エンジン出力軸Eoに駆動連結されている機械式ポンプMPが駆動され、油圧制御装置PCに供給される油圧供給源の油圧が再び上昇する。これにより、再係合制御を実行可能となる。なお、本実施形態では、制御装置31は、エンジン制御装置21からエンジンEの始動完了の情報を受け取った時に、再係合制御を開始する。
ニュートラル制御部32は、再係合制御の開始後、まず、最も変速比が小さい中間目標変速段である第一中間目標変速段を形成する制御を行う。
本実施形態では、ニュートラル制御部32は、第一中間目標変速段を目標変速段に設定し、当該目標変速段を形成する制御を行う。
ニュートラル制御部32は、設定された目標変速段に対応する入力軸I(エンジンE)の目標値である目標入力回転速度を算出するように構成されている。この目標入力回転速度は、検出した出力軸O(出力ギヤO1)の回転速度と、目標変速段の変速比(減速比)に基づき算出される。より具体的には、目標入力回転速度は、出力軸O(出力ギヤO1)の回転速度に目標変速段の変速比を乗算した回転速度となる。本実施形態では、入力回転速度を、入力軸回転速度センサSe2により検出される入力軸Iの回転速度としており、出力軸O(出力ギヤO1)の回転速度を、出力軸回転速度センサSe3により検出される出力軸O(出力ギヤO1)の回転速度としている。
本実施形態では、このような係合順序になるように、ニュートラル制御部32は、再係合制御の開始後直ぐに、先行係合要素に対して、油圧制御装置PCを介して作動油の指令圧の供給を開始し、入力回転速度が目標入力回転速度付近に達してから、最終係合要素に対して、油圧制御装置PCを介して指令圧の供給を開始する。なお、第一中間目標変速段を形成するために係合する必要がある係合要素が1つだけの場合は、再係合制御の開始後直ぐには、当該係合要素に対して、指令圧の供給を開始せず、入力回転速度が目標入力回転速度付近に達してから指令圧の供給を開始する。
ニュートラル制御部32は、第一中間目標変速段を形成した後に、第一中間目標変速段以外に中間目標変速段を決定していない場合は、最終目標変速段を形成する制御を行い、2つ以上の中間目標変速段を決定している場合は、当該2つ以上の中間目標変速段の中で変速比が小さい変速段から順番に形成して最後に最終目標変速段を形成する制御を行う。
係合要素のつなぎ換えが完了した時(図7の時刻t19、図8の時刻t39)に、変速段は、切り替え前の目標変速段から切り替え後の目標変速段に、完全に切り替わる。
次に、本実施形態に係る再係合制御の作用効果を図7から図9に基づき説明する。図9に、本実施形態とは異なり、ニュートラル状態である空走状態から変速段を形成して実走行状態に移行する際に、中間目標変速段が形成されずに最終目標変速段が直接形成される場合の例を示す。図9に示す例の車速及びアクセル開度の変化は、本実施形態に係る図7に示す例と同じであり、図6の変速マップにおける状態41から状態42への変化である。
(1)上記の実施形態において、ニュートラル制御部32は、再係合制御の開始条件が成立する直前の最終目標変速段を第一中間目標変速段として決定する場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、ニュートラル制御部32は、変速機構TMが備える複数の変速段から変速比が最も小さい変速段を常に第一中間目標変速段として決定する構成とすることも本発明の好適な実施形態の一つである。
同様に、運転者の手動シフト操作等により変速段を直接指定可能な変速装置において、当該変速段の指定を受け付けた際に、実走行状態に移行する決定を行う構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。
PC:油圧制御装置
MP:機械式ポンプ
LC:ロックアップクラッチ
E:エンジン
ST:スタータ
Eo:エンジン出力軸
I:入力軸(入力部材)
O:出力軸(出力部材)
Se1:エンジン回転速度センサ
Se2:入力軸回転速度センサ
Se3:出力軸回転速度センサ
Se4:シフト位置センサ
Se5:アクセル位置センサ
SL:シフトレバー
AP:アクセルペダル
1:車両用変速装置
14:トルクコンバータ
14a:ポンプインペラ
14b:タービンランナ
14c:ステータ
18:車輪
21:エンジン制御装置
31:制御装置
32:ニュートラル制御部
33:入力情報検出部
34:変速制御部
35:ロックアップ制御部
Claims (5)
- エンジンに駆動連結される入力部材と、車輪に駆動連結される出力部材と、複数の係合要素を備えると共に当該複数の係合要素の係合及び解放が制御されることにより選択的に形成され、互いに異なる変速比を有する複数の変速段を備え、当該各変速段の変速比で前記入力部材の回転速度を変速して前記出力部材に伝達する変速機構と、少なくとも前記変速機構の制御を行う制御装置と、を備えた車両用変速装置であって、
前記制御装置は、車両が走行状態であって且つ前記変速機構が何れの前記変速段も形成していないニュートラル状態である空走状態から、前記変速段を形成して加速運転状態に移行する際に、前記複数の変速段の中から、少なくとも車速及び運転者の加速要求に応じた1つの最終目標変速段と、当該最終目標変速段より変速比が小さい中間目標変速段と、を決定し、最初に前記中間目標変速段を形成し、次に前記中間目標変速段から前記最終目標変速段へ切り替えて、前記最終目標変速段を形成する制御を行う車両用変速装置。 - 前記制御装置は、前記複数の変速段から変速比が最も小さい変速段を前記中間目標変速段として決定する請求項1に記載の車両用変速装置。
- 前記制御装置は、前記複数の変速段の中から2つ以上の変速段を前記中間目標変速段として決定し、当該2つ以上の前記中間目標変速段の中で変速比が小さい変速段から順番に形成して最後に前記最終目標変速段を形成する制御を行う請求項1又は2に記載の車両用変速装置。
- 前記制御装置は、前記空走状態で、運転者の加速要求を受け付けた際に、前記加速運転状態に移行する決定を行う請求項1から3の何れか一項に記載の車両用変速装置。
- 前記制御装置は、前記空走状態中に前記エンジンが停止状態とされた場合であって前記加速運転状態に移行する際には、前記中間目標変速段を形成する前に、前記エンジンを始動するための制御を行う請求項1から4の何れか一項に記載の車両用変速装置。
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