JP6106630B2 - 自動変速機 - Google Patents

Description

本発明は自動変速機に関する。

自動変速機は、一般に遊星歯車機構と、クラッチ、ブレーキといった係合機構とを備え、係合機構により動力伝達経路を切り換えることで各変速段を実現している。クラッチとしては油圧駆動の摩擦式のクラッチが知られている。摩擦式のクラッチの係合完了を判定する方法としては、例えば、連結する各要素が同期回転していることを検知する方法が挙げられる。そのためには、連結する各要素の回転数を検知する仕組みが必要となる。自動変速機に含まれる回転体等の状況を検知する方法としては、センサを設けて検知することが知られている（例えば特許文献１）。

特開２０１０−１４９５５６号公報

しかし、連結する２つの要素にそれぞれセンサを設けるとコストアップの要因となる。また、遊星歯車機構を構成する回転要素の場合、構成上、センサを設けることが困難な場合もある。更に、センサを設けたとしても、センサが故障している場合に同期回転しているか否かを判別できない。

本発明の目的は、摩擦式のクラッチで連結される一方の回転要素の回転数を推定し、摩擦式のクラッチの係合完了を判定可能とすることにある。

本発明によれば、入力軸から出力軸への駆動力の伝達経路を複数経路形成可能な複数の遊星歯車機構と、複数の係合機構と、を備え、前記複数の遊星歯車機構の各遊星歯車機構は、サンギヤ、キャリア及びリングギヤを回転要素として備え、前記複数の係合機構の各係合機構は、前記伝達経路を切り替えるクラッチ又はブレーキを構成する自動変速機であって、前記入力軸の回転数を検知する入力回転数検知手段と、前記出力軸の回転数を検知する出力回転数検知手段と、前記複数の係合機構のうちの一つである摩擦式のクラッチに供給される油圧を検知する油圧検知手段と、前記摩擦式のクラッチの連結対象であって、前記回転要素の一つである特定の回転要素の回転数を推定する推定手段と、前記推定手段の推定結果に基づいて前記摩擦式のクラッチの係合完了を判定する判定手段と、を備え、前記推定手段は、前記複数の係合機構の係合組合せのうち、少なくとも前記摩擦式のクラッチを係合状態とする特定の係合組合せを成立させる場合に、単位時間毎に、前記特定の回転要素の回転数を推定可能であり、前記推定手段は、前記自動変速機の構成要素のうち、前記特定の係合組み合わせにおいて回転運動を行う各構成要素の回転数を、前記入力回転数検知手段及び前記出力回転数検知手段の検知結果並びに前記特定の回転要素の回転数の推定結果の少なくともいずれかに基づいて演算し、前記各構成要素の回転エネルギを演算可能であり、前記推定手段は、前記油圧検知手段の検知結果に基いて、前記摩擦式のクラッチの前記単位時間当たりの仕事量を演算可能であり、前記推定手段は、ｉ番目（ｉは自然数）の前記特定の回転要素の回転数を、前記回転エネルギ及び前記摩擦式のクラッチの前記単位時間当たりの仕事量のｉ−１番目の合計値と、ｉ番目の前記回転エネルギとが、等しくなるように推定する、ことを特徴とする自動変速機が提供される。

この構成によれば、単位時間の前後での自動変速機の回転エネルギの差が摩擦式のクラッチの仕事量に等しくなるとみなすことで、特定の回転要素の回転数の推定と、クラッチの係合完了とを判定することができる。

本発明においては、前記摩擦式のクラッチは、前記入力軸と前記特定の回転要素とを断続するクラッチであってもよい。

この構成によれば、入力軸と断続される回転要素について、その回転数を推測することができる。

また、本発明においては、前記複数の係合機構は、前記特定の回転要素とケーシングとの間に設けられた機械式のブレーキを含み、前記機械式のブレーキは、前記特定の回転要素の一方向の回転のみ規制する一方向回転許容状態と、前記特定の回転要素の双方向の回転を規制する回転阻止状態と、に切り替え可能であり、前記特定の係合組合せは、変速段を後進段に切り替える場合に選択される係合組合せであって、前記入力軸を前記ケーシングに固定する係合組合せであり、前記機械式のブレーキは、変速段を後進段に切り替えるために前記特定の係合組合せが選択され、前記判定手段により前記摩擦式のクラッチが係合完了と判定され、かつ、前記入力回転数検知手段の検知結果が所定の回転数未満であることを示す場合に、前記回転阻止状態に切り替えられてもよい。

この構成によれば、機械式のブレーキを切り替える際に、異音や振動の発生を防止し、また、その破損を回避できる。

また、本発明においては、前記推定手段は、変速段を非走行段から後進段に切り替える場合、前記特定の回転要素の回転数の初期値を０としてもよい。

この構成によれば、初期値を演算できない場合であっても、特定の回転要素の回転数を推定することができる。

また、本発明においては、前記出力軸は、前記特定の回転要素を備える前記遊星歯車機構から駆動力が伝達されてもよい。

この構成によれば、出力軸に駆動伝達を行う遊星歯車機構の回転要素について、その回転数を推測することができる。

また、本発明においては、前記摩擦式のクラッチに供給される作動油の油温を検知する油温検知手段を更に備え、前記推定手段は、前記油温検知手段、前記油圧検知手段、前記入力回転数検知手段の各検知結果及び前記特定の回転要素の回転数の推定結果に基づいて、前記摩擦式のクラッチの前記単位時間当たりの仕事量を演算してもよい。

この構成によれば、特定の回転要素の回転数の推定精度を向上することができる。

以上述べた通り、本発明によれば、摩擦式のクラッチで連結される一方の回転要素の回転数を推定し、摩擦式のクラッチの係合完了を判定可能とすることができる。

本発明の一実施形態に係る自動変速機のスケルトン図。 （Ａ）は係合機構の係合表の例を示す図、（Ｂ）は遊星歯車機構のギヤレシオを示す図。 図１の自動変速機の速度線図。 （Ａ）は図１の自動変速機の制御装置の例を示すブロック図、（Ｂ）は油圧センサの配設例を示す図。 後進段選択時の処理の概要説明図。 （Ａ）及び（Ｂ）は図４の制御装置の処理例を示すフローチャート。 演算式の説明図。 回転エネルギの演算単位例の説明図。 回転エネルギの演算単位例の説明図。 図４の制御装置の処理例を示すフローチャート。

図１は本発明の一実施形態に係る自動変速機１のスケルトン図である。図１を参照して、自動変速機１は、その変速機ケースを構成するケーシング１２内に回転自在に軸支された入力軸１０と、ケーシング１２に支持された支持部材１２ａに、入力軸１０と同軸回りに回転自在に支持された出力部材１１と、出力軸（カウンタ軸）１３と、を備える。

入力軸１０には、内燃機関ＥＧ（単にＥＧと呼ぶ場合がある）からの駆動力が入力され、該駆動力により入力軸１０は回転する。入力軸１０と内燃機関ＥＧとの間には発進デバイスが設けられている。発進デバイスとしては、クラッチタイプの発進デバイス（単板クラッチや多板クラッチ等）や、流体継手タイプの発進デバイス（トルクコンバータ等）を挙げることができるが、本実施形態では、トルクコンバータＴＣを設けている。したがって、内燃機関ＥＧの駆動力はトルクコンバータＴＣを介して入力軸１０に入力される。

出力部材１１は、入力軸１０と同心のギヤを備え、出力軸１３はこのギヤに噛み合うギヤを備える。入力軸１０の回転は以下に述べる変速機構により変速されて出力軸１３に伝達される。出力軸１３の回転（駆動力）は、例えば、不図示の差動歯車装置を介して駆動輪に伝達されることになる。

自動変速機１は変速機構として、遊星歯車機構Ｐ１乃至Ｐ４と、係合機構Ｃ１〜Ｃ３、Ｂ１〜Ｂ３及びＦ１を備える。本実施形態の場合、遊星歯車機構Ｐ１乃至Ｐ４はいずれもシングルピニオン型の遊星歯車機構である。遊星歯車機構Ｐ１乃至Ｐ４によって、入力軸１０から出力軸１３への駆動力の伝達経路を複数経路形成可能である。

遊星歯車機構Ｐ１乃至Ｐ４は、サンギヤＳ１乃至Ｓ４と、リングギヤＲ１乃至Ｒ４と、ピニオンギヤを支持するキャリアＣｒ１乃至Ｃｒ４と、を回転要素（合計で１２個）として備え、入力軸１０と同軸上に配設されている。

後述する図３の速度線図におけるギヤレシオに対応する間隔での並び順で順序付けを行うと、遊星歯車機構Ｐ１のサンギヤＳ１、キャリアＣｒ１、リングギヤＲ１を、この順に、第１の回転要素、第２の回転要素、第３の回転要素、と呼ぶことができる。同様に、遊星歯車機構Ｐ２のリングギヤＲ２、キャリアＣｒ２、サンギヤＳ２を、この順に、第４の回転要素、第５の回転要素、第６の回転要素、と呼ぶことができる。同様に、遊星歯車機構Ｐ３のサンギヤＳ３、キャリアＣｒ３、リングギヤＲ３を、この順に、第７の回転要素、第８の回転要素、第９の回転要素、と呼ぶことができる。同様に、遊星歯車機構Ｐ４のリングギヤＲ４、キャリアＣｒ４、サンギヤＳ４を、この順に、第１０の回転要素、第１１の回転要素、第１２の回転要素、と呼ぶことができる。

係合機構Ｃ１〜Ｃ３、Ｂ１〜Ｂ３及びＦ１は、遊星歯車機構Ｐ１乃至Ｐ４の所定の回転要素間、遊星歯車機構Ｐ１乃至Ｐ４の所定の回転要素と入力軸１０との間、又は、遊星歯車機構Ｐ１乃至Ｐ４の所定の回転要素とケーシング１２との間、のいずれかを解除可能に連結する。本実施形態の場合、係合機構Ｃ１〜Ｃ３はクラッチであり、係合機構Ｂ１〜Ｂ３及びＦ１はブレーキである。したがって、係合機構Ｃ１〜Ｃ３をクラッチＣ１〜Ｃ３と呼び、係合機構Ｂ１〜Ｂ３及びＦ１をブレーキＢ１〜Ｂ３及びＦ１と呼ぶ場合がある。係合機構Ｃ１〜Ｃ３及びＢ１〜Ｂ３を係合状態（締結状態）と解除状態とで切り換えることで、また、係合機構Ｆ１の状態を切り替えることで、入力軸１０から出力軸１３への駆動力の伝達経路が切り替えられ、複数の変速段が実現される。

本実施形態の場合、係合機構Ｃ１〜Ｃ３及びＢ１〜Ｂ３は、いずれも摩擦式の油圧式係合機構を想定している。摩擦式の油圧式係合機構としては、乾式又は湿式の単板クラッチ、乾式又は湿式の多板クラッチ等が挙げられる。

係合機構Ｆ１は、所定の回転要素（ここでは互いに連結されているキャリアＣｒ１及びＣｒ２）とケーシング１２との間に設けられ、所定の回転要素（キャリアＣｒ１及びＣｒ２）の一方向の回転のみ規制する一方向回転許容状態と、その双方向の回転を規制する回転阻止状態と、その双方向の回転を許容する双方向回転許容状態と、に切り替え可能な機械式のブレーキである。係合機構Ｆ１としては、例えば、公知のツーウェイクラッチを採用可能である。公知のツーウェイクラッチとしては、その電磁アクチュエータ或いは油圧供給の制御により、一方向回転許容状態、回転阻止状態、及び、双方向回転許容状態に切り替えることが可能であり、一方向回転許容状態は更に、正方向の回転許容状態と逆方向の回転許容状態とに切り替え可能であるが、本実施形態では一方向回転許容状態は片側の回転方向の許容状態のみ利用する。

次に、各構成間の連結関係について図１を参照して説明する。

遊星歯車機構Ｐ３のサンギヤＳ３は、入力軸１０に連結されている。リングギヤＲ３は遊星歯車機構Ｐ２のサンギヤＳ２に連結されている。キャリアＣｒ３は遊星歯車機構Ｐ１のリングギヤＲ１及び遊星歯車機構Ｐ４のキャリアＣｒ４に連結されている。遊星歯車機構Ｐ２のキャリアＣｒ２は遊星歯車機構Ｐ１のキャリアＣｒ１に連結されている。リングギヤＲ２は出力部材１１に連結されている。したがって、遊星歯車機構Ｐ２は出力軸１３に駆動伝達を行う遊星歯車機構である。

クラッチＣ１は入力軸１０と遊星歯車機構Ｐ１のキャリアＣｒ１及びこれに連結されるキャリアＣｒ２とを連結及び連結解除する（断続する）。クラッチＣ２は、遊星歯車機構Ｐ３のリングギヤＲ３と遊星歯車機構Ｐ４のサンギヤＳ４とを連結及び連結解除する。クラッチＣ３は入力軸１０と遊星歯車機構Ｐ４のリングギヤＲ４とを連結及び連結解除する。

ブレーキＢ１はケーシング１２と遊星歯車機構Ｐ１のサンギヤＳ１とを連結及び連結解除する。ブレーキＢ２はケーシング１２と遊星歯車機構Ｐ４のサンギヤＳ４とを連結及び連結解除する。ブレーキＢ３はケーシング１２と遊星歯車機構Ｐ４のリングギヤＲ４とを連結及び連結解除する。

ブレーキＦ１はケーシング１２と遊星歯車機構Ｐ２のキャリアＣｒ２（及びこれに連結されるキャリアＣｒ１）とを連結及び連結解除する。連結解除の場合、ブレーキＦ１は双方向回転許容状態にある。連結の場合、ブレーキＦ１は一方向回転許容状態又は回転阻止状態にある。

次に、図２（Ａ）は自動変速機１が備える係合機構の係合組合せを示す係合表（締結表）、図２（Ｂ）は自動変速機１が備える遊星歯車機構のギヤレシオ、図３は自動変速機１の速度線図である。

図２（Ａ）１の係合表の例において、「○」は係合状態（構成間を連結する状態）であることを示し、無印は解除状態であることを示す。ブレーキＦ１については、「○」は回転阻止状態であることを示し、「△」は一方向回転許容状態であることを示し、無印は双方向回転許容状態であることを示す。回転阻止状態及び一方向回転許容状態は係合状態と呼ぶことにする。「ギヤレシオ」は入力軸１０−出力部材１１間のギヤレシオを示す。

自動変速機１では、各変速段において係合機構Ｃ１〜Ｃ３、Ｂ１〜Ｂ３及びＦ１のうちの３つを係合状態とすることで、前進１０段、後進１段（ＲＶＳ）の変速段を実現している。

図３の速度線図は、入力軸１０への入力に対する各要素の、各変速段における回転速度比を示している。縦軸は速度比を示し、「１」が入力軸１０と同回転数であることを示し、「０」は停止状態であることを示す。横軸は遊星歯車機構Ｐ１〜Ｐ４の回転要素間のギアレシオに基づいている。λはキャリアＣｒとサンギヤＳとのギヤレシオを示している。なお、図３において、出力軸１３に対応する要素は図示を省略している。

＜制御装置＞
図４は自動変速機１の制御装置１００のブロック図である。制御装置１００は自動変速機１だけでなく、内燃機関ＥＧやトルクコンバータＴＣの各制御も行うことが可能であるが、本実施形態の場合、内燃機関ＥＧは制御装置１００とは別に設けたエンジンＥＣＵ２００により制御される構成を想定している。制御装置１００はエンジンＥＣＵ２００から内燃機関ＥＧの各種情報を受信することができる。

制御装置１００は、ＣＰＵ等の処理部１０１と、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶部１０２と、外部デバイスやエンジンＥＣＵと処理部１０１とをインターフェースするＩＦ部１０３と、を備える。ＩＦ部１０３は例えば通信インタフェースや入出力インタフェース等から構成される。

処理部１０１は記憶部１０２に記憶されたプログラムを実行し、各種のセンサ１１０の検出結果に基づいて、各種のアクチュエータ１２０を制御する。

各種のセンサ１１０には、自動変速機１に設けられる各種のセンサが含まれるが、後述する制御例との関係では、例えば、入力回転数センサ１１１、出力回転数センサ１１２、ＳＰ（シフトポジション）センサ１１３、油圧センサ１１４、油温センサ１１５が含まれる。入力回転数センサ１１１は入力軸１０の回転数（回転速度）を検知するセンサである。出力回転数センサ１１２は出力軸１３の回転数（回転速度）を検知するセンサである。ＳＰセンサ１１３は運転者が選択した変速段を検知するセンサである。油圧センサ１１３には、係合機構Ｃ１〜Ｃ３、Ｂ１〜Ｂ３の各作動油の油圧を検知するセンサが含まれる。油温センサ１１５には、係合機構Ｃ１〜Ｃ３、Ｂ１〜Ｂ３に供給される作動油の油温を検知するセンサが含まれる。

各種のアクチュエータ１２０には、自動変速機１に設けられる各種のアクチュエータが含まれるが、後述する制御例との関係では、係合機構Ｃ１〜Ｃ３、Ｂ１〜Ｂ３及びＦ１の動作状態を切り替える電磁ソレノイド等の電磁アクチュエータが含まれる。

図４（Ｂ）は油圧センサ１１４、油温センサ１１５の配設例を示す。油圧センサ１１４は、例えば、係合機構Ｃ１〜Ｃ３、Ｂ１〜Ｂ３毎に設けることができる。これにより各係合機構の作動油の油圧を検知することができる。各係合機構に対応する油圧センサ１１４を区別する場合の表記の仕方として、以下の説明では、例えば、係合機構Ｃ１の油圧センサ１１４を示す場合、Ｃ１油圧センサ１１４と示し、また、係合機構Ｂ１の油圧センサ１１４を示す場合、Ｂ１油圧センサ１１４等と示す場合がある。なお、油圧センサ１１４は必ずしも各係合機構に設ける必要があるわけではない。後述する制御例との関係では、少なくとも係合機構Ｃ１には油圧センサ１１４が設けられる構成を前提としている。

各係合機構には、作動油を供給する電磁弁ＬＳが割り当てられており、作動油の供給ラインＬを電磁弁ＬＳで開放又は遮断することで、係合機構の係合、解放を切り替えることができる。油圧センサ１１４は電磁弁ＬＳから係合機構に供給される作動油が供給されるように設けられ、油圧センサ１１３の検知結果は係合機構に供給される作動油の油圧を示すことになる。油温センサ１１５は供給ラインＬから作動油が供給されるように設けられ、油温センサ１１５の検知結果は各係合機構に供給される作動油の油温を示すことになる。

＜後進段への切替制御＞
本実施形態の場合、前進段（例えば１速段）や非走行段（ニュートラルレンジ（Ｎレンジ）やパーキングレンジ（Ｐレンジ））から後進段に切り替える際、図２（Ａ）に示したように、ブレーキＦ１は回転阻止状態に切り替えられる。この時、異音の発生や振動低減のため、ブレーキＦ１のケーシング１２側と、キャリアＣｒ２側との差回転数が０であることが好ましい。換言するとキャリアＣｒ２の回転数が０であることが好ましい。

そこで、キャリアＣｒ２の回転数が０となる係合機構の組み合わせを経由させる。この時、キャリアＣｒ２の回転数を直接計測するセンサはないことから、キャリアＣｒ２と入力軸１０とを連結状態とし、入力回転数センサ１１１の検知結果等からキャリアＣｒ２の回転数が０であることを確認する。その後、ブレーキＦ１を回転阻止状態に切り替える。

図５は、変速段を前進１速段から後進段に切り替える際の係合機構の係合組合せを示す。変速段が前進１速段にある場合、図２（Ａ）に示したようにブレーキＢ１、Ｂ２が係合状態にあり、ブレーキＦ１は一方向回転許容状態にある。まず、図５の段階１に示すように、ブレーキＢ１、Ｂ２を係合解除状態に制御し、ニュートラル状態とする。ブレーキＢ１、Ｂ２の係合解除が完了すると、次の段階２に移行する。

段階２では、クラッチＣ１、Ｃ３及びブレーキＢ３を係合する。駆動輪はニュートラル（足軸が自由回転可能）になる。図３の速度線図から明らかなように、クラッチＣ３及びブレーキＢ３を係合することで、入力軸１０はケーシング１２に固定された状態となる。クラッチＣ１を係合することでキャリアＣｒ２が入力軸１０に連結された状態となる。

所定の条件が成立すると、次の段階３に移行する。所定の条件は、キャリアＣｒ２の回転数が０であることが確認される条件である。基本的には、クラッチＣ１の係合完了と、入力回転数センサ１１１の検知結果＜所定値（例えば０とみなせる値）である。

段階３では、ブレーキＦ１を一方向回転許容状態から回転阻止状態に切り替える。ブレーキＦ１のケーシング１２側と、キャリアＣｒ２側との差回転が０であるため、異音や振動が発生することを回避できる。ブレーキＦ１の切り替えが完了すると、段階４に進む。段階４では、クラッチＣ１、ブレーキＢ３を解除し、ブレーキＢ２を係合する。以上により、後進段の組み合わせが成立する（図２（Ａ））。

段階２及び３の処理を準備処理と呼び、段階４の処理をＲＶＳインギヤ処理と呼ぶ場合がある。制御上、段階１が完了した段階（ニュートラル状態）で変速段の制御状態として準備モードを設定し、準備モードが設定されると準備処理を行う。また、段階３が完了した段階で変速段の制御状態としてＲＶＳインギヤモードを設定し、ＲＶＳインギヤモードが設定されるとＲＶＳインギヤ処理を行う。このようなモード設定は例えば記憶部１０２にモード情報の記憶領域を設けて管理する。

図５の制御内容について、処理部１０１が実行する処理例を図６（Ａ）及び図６（Ｂ）を参照して説明する。

図６（Ａ）を参照して、Ｓ１では、ブレーキＦ１を一方向回転許容状態から回転阻止状態へ切り替える条件が成立したか否かを判定する。例えば、ＳＰセンサ１１３により運転者が後進段を選択したことが検知した場合、この条件が成立したと判定する。該当する場合はＳ２へ進み、該当しない場合はＳ４へ進む。

Ｓ２では、図５の段階１で説明したように、係合状態の係合機構（例えば係合機構Ｂ３、Ｂ４）を解除する。Ｓ３では制御モードとして、準備モードを設定する。その後、Ｓ５へ進む。

Ｓ４では準備モードを設定中か否かを判定する。該当する場合Ｓ５へ進み、該当しない場合はＳ６へ進む。Ｓ５では準備処理を行う。詳細は後述する。Ｓ６では他の処理を行って一単位の処理を終了する。

図６（Ｂ）はＳ５の準備処理を示すフローチャートである。Ｓ１１では自動制御装置１の駆動源のトルク制限を実行する。例えば、駆動源が内燃機関で、内燃機関により油圧式係合機構の油圧を発生させている場合、必要油圧が確保される範囲で出力を減少させる。駆動源は定速駆動とする。

Ｓ１２ではブレーキＦ１の、回転阻止状態への移行が完了したか否かを判定する。該当する場合はＳ１６へ進み、該当しない場合はＳ１３へ進む。

Ｓ１３では図５の段階２説明したように、係合機構Ｃ１、Ｃ３及びＢ３を係合する制御を開始する。また、初回には制御開始からの経過時間の計時を開始する。係合機構Ｃ１、Ｃ３及びＢ３の係合は、これらの電磁弁ＬＳに対する制御量を段階的に増加させることにより行うことができ、Ｓ１３の工程が複数回繰り返されることにより、係合が完了することになる。

Ｓ１４では、図５の段階２で説明したように、係合機構Ｃ１の係合が完了し、かつ、入力軸１０の回転数＝０か否かを判定する。係合機構Ｃ１の係合完了の判定手法については後述する。これらの条件を全て満たす場合はＳ１５へ進み、満たさない場合は一単位の処理を終了する。

Ｓ１５では、図５の段階４で説明したように、係合機構Ｆ１の状態を回転阻止状態に切り替える。ブレーキＦ１のケーシング１２側と、キャリアＣｒ２側との差回転数が０の状態で切り替えられるため、異音や振動の発生を防止し、また、ブレーキＦ１の破損を回避できる。

Ｓ１６では、準備モードの設定を解除する。Ｓ１７ではＲＶＳインギヤモードを設定する。この設定により、別ルーチン（例えば図６（Ａ）のＳ６）で、図５の段階４で説明したように、係合機構Ｃ１及びＢ３を解除し、係合機構Ｂ２を係合する処理が行われる。以上により、準備処理が終了する。

＜係合機構Ｃ１の係合完了判定＞
次に、図５の段階２や図６（Ｂ）のＳ１４におけるクラッチＣ１の係合完了の判定例について説明する。本実施形態ではキャリアＣｒ２の回転数を推測し、入力軸１０の回転数との比較から係合完了を判定する。

準備処理において、図５の段階２に示した特定の係合組合せ（クラッチＣ１、Ｃ３及びブレーキＢ３を係合）の段階においては、駆動源は出力を減少させた定速駆動状態にあり（図６（Ｂ）のＳ１１）であり、駆動輪はニュートラル（足軸が自由回転可能）となる。そこで、自動変速機１においてエネルギ保存則が適用されるとみなすことができる。

準備処理中の自動変速機１の運動エネルギは、図７の式１に示すように表すことができる。回転エネルギＥは、自動変速機１において回転運動を行う各構成要素Ｊの回転エネルギの合計値である。各構成要素Ｊの慣性モーメントＩは設計上既知であり、回転数θは入力回転数Ｎｍ、出力回転数Ｎｃ又はキャリアＣｒ２の推定回転数ωの少なくともいずれかから演算可能である。したがって、回転エネルギＥは入力回転数Ｎｍ、出力回転数Ｎｃ及び推定回転数ωの関数である。

構成要素Ｊの区分けの仕方（演算対象とする系の範囲）について説明する。図５の段階２では、係合完了の判定対象であるクラッチＣ１の他、クラッチＣ３、ブレーキＢ３も係合状態とされる。演算を簡便にするため、クラッチＣ３は係合が即時に完了しているか、又は、係合していないものとして取り扱うことができる。なお、クラッチＣ３の係合が即時に完了したとみなす場合、演算を簡便にするため、後述するエネルギの演算においてブレーキＢ３の仕事量は無視する。

図８はクラッチＣ３の係合が即時に完了したとみなす場合の、構成要素Ｊの区分け例を示している。構成要素Ｊ１は入力軸１０及びこれと一体的に回転する要素であり、クラッチＣ３が係合完了とみなしているため、リングギヤＲ４も含まれている。構成要素Ｊ１の回転数は入力回転数センサ１１１の検知結果から特定される。

構成要素Ｊ２はキャリアＣｒ２及びこれと一体的に回転する要素であり、その回転数ωが推定対象である。

構成要素Ｊ３はリングギヤＲ２及びこれと一体的に回転する要素であり、構成要素Ｊ４は出力軸１３（図８において不図示）及びこれと一体的に回転する要素である。構成要素Ｊ４の回転数は出力回転数センサ１１２の検知結果から特定され、構成要素Ｊ３の回転数は、構成要素Ｊ４の回転数と、リングギヤＲ２と出力軸１３とのギヤレシオとから演算される。

構成要素Ｊ５はサンギヤＳ１及びこれと一体的に回転する要素であり、構成要素Ｊ６は、リングギヤＲ１及びこれと一体的に回転する要素であり、構成要素Ｊ７はサンギヤＳ２及びこれと一体的に回転する要素である。構成要素Ｊ７の回転数は、構成要素Ｊ２の回転数（ω）と、構成要素Ｊ３の回転数と、遊星歯車機構Ｐ２のギヤレシオとから演算される。構成要素Ｊ６の回転数は、構成要素Ｊ２の回転数（ω）と、構成要素Ｊ７の回転数と、遊星歯車機構Ｐ１のギヤレシオとから演算される。構成要素Ｊ５の回転数は、構成要素Ｊ２の回転数（ω）と、構成要素Ｊ６の回転数と、遊星歯車機構Ｐ１のギヤレシオとから演算される。

構成要素Ｊ８はサンギヤＳ４及びこれと一体的に回転する要素である。構成要素Ｊ８の回転数は、入力回転数センサ１１１の検知結果と、構成要素Ｊ６の回転数と、遊星歯車機構Ｐ４のギヤレシオとから演算される。以上のことから、構成要素Ｊ１〜Ｊ８の各回転エネルギを演算することができる。

図９はクラッチＣ３が係合していないとみなす場合の、構成要素Ｊの区分け例を示している。図８の例と異なる点は、構成要素Ｊ１に対応する構成要素Ｊ’がリングギヤＲ４及びこれと一体的に回転する要素を含んでいない点と、図８の構成要素Ｊ８を除いた点にある。その他の構成要素及び回転数の演算については図８の場合と同じである。

次に、単位時間Δｔ経過前後の回転エネルギＥの関係については、エネルギ保存則から図７の式２のように表すことができる。つまり、回転エネルギＥの変化量はクラッチＣ１の単位時間Δｔ当たりの仕事量に等しくなり、回転エネルギＥ_iは、そのΔｔ時間経過前の回転エネルギＥ_i-1とクラッチＣ１の仕事量Ｗ_i-1・Δｔとの合計値に等しくなる。よって、式１と式２とから回転数ω_iを演算することができる。

式３はクラッチＣ１の仕事率Ｗの演算式の例を示している。この例においては、クラッチＣ１の仕事率Ｗを、クラッチＣ１のクラッチ容量Ｔ、フリクションＦ、並びに、入力回転数Ｎｍと推定回転数ωとの差回転数から演算しているが、フリクションＦを考慮せずに、仕事率Ｗ＝Ｔ×（Ｎｍ−ω）としてもよい。ただし、フリクションＦを考慮した方が、推定精度が向上する場合がある。式４はクラッチ容量Ｔの演算式の例を示しており、クラッチ容量ＴはクラッチＣ１の作動油の油圧の関数となっている。クラッチＣ１の作動油の油圧はＣ１油圧センサ１１４の検知結果から特定できる。フリクションＦについては、事前のテスト結果から作動油の油温とフリクションＦとの相関性を示すマップを作成しておく。マップは記憶部１０２に記憶しておくことができる。そして、油温センサ１１５の検知結果により示される作動油の油温と、マップとからフリクションＦを算出することができる。

＜処理例＞
次に、上述した回転数ωの推定及びクラッチＣ１の係合完了判定に関する処理部１０１の処理例について図１０を参照して説明する。同図の処理は、準備処理において、例えば、単位時間Δｔ毎の割り込み処理として実行される。これにより、単位時間Δｔ毎にキャリアＣｒ２の回転数ωが推定されることになる。

Ｓ２１では入力回転数センサ１１１、出力回転数センサ１１２、Ｃ１油圧センサ１１４及び油温センサ１１５の各検知結果を取得する。Ｓ２２では初期値を設定済みか否かを判定する。設定済みの場合はＳ２８へ進み、設定済みでない場合はＳ２３へ進んで初期値の設定等を行う。

Ｓ２３では、後進段に切り替える直前の変速段が非走行段か否かを判定する。非走行段の場合はＳ２４へ進み、前進段の場合はＳ２５へ進む。Ｓ２４及びＳ２５ではキャリアＣｒ２の回転数ωの初期値ω₀を設定する。直前の変速段が前進段の場合、入力回転数センサ１１１及び出力回転数センサ１１２の検知結果とギヤレシオとからキャリアＣｒ２の回転数ω₀を演算することができる。したがって、演算結果をω₀とする（Ｓ２５）。

直前の変速段が非走行段の場合、回転数ω₀を演算できないので０とする。直前の変速段が非走行段の場合であっても、キャリアＣｒ２が回転している場合はあり得る。しかし、回転数ωを特定できないので、一律に０とする。クラッチＣ１の係合度合が進むことにより、回転数ωは入力回転数Ｎｍに近づくことになるため、回転数ωの値は増加傾向となる。したがって、その最低値である０を回転数ω₀と置くことで、演算時間は増加するが、推定精度を確保することができる。このように本実施形態では、キャリアＣｒ２の回転数ωの初期値を演算できない場合であっても、キャリアＣｒ２の回転数ωを推定することができる。

Ｓ２６ではＳ２１で取得した検知結果とＳ２４又はＳ２５で設定した回転数ω₀から式１、式３により回転エネルギＥ₀、仕事率Ｗ₀を演算して保存する。Ｓ２７では演算回数を示す変数ｉに１を設定する。以上により一単位の処理を終了する。

Ｓ２８では、Ｓ２１で今回取得した入力回転数センサ１１１、出力回転数センサ１１２、Ｃ１油圧センサ１１４及び油温センサ１１５の各検知結果と、保存している前回演算した回転エネルギＥ、仕事率Ｗ及び回転数ωとから、式１及び式２により今回の回転数ωを演算して保存する。

Ｓ２９では、Ｓ２８で演算した回転数ωと、Ｓ２１で今回取得した入力回転数センサ１１１の検知結果が、ω≧Ｎｍの関係にあるか否かを判定する。なお、ここでの判定は推定回転数ωが入力回転数Ｎｍと等しいか否かを判定するものであるが、両者がぴったりと一致しない場合があることから、演算上、ω≧Ｎｍを条件としている。

Ｓ２９でω≧Ｎｍである場合には、クラッチＣ１の係合が完了したと判定してＳ３０へ進み、クラッチＣ１の係合完了を設定する。この設定により、図６（Ｂ）のＳ１４では、クラッチＣ１の係合が完了したと判定されることになる。

Ｓ２９でω≧Ｎｍでない場合には、クラッチＣ１の係合が完了していないと判定してＳ３１へ進む。Ｓ３１ではＳ２１で取得した検知結果とＳ２８で設定した回転数ωとから、回転エネルギＥと仕事率Ｗを演算して保存する。回転エネルギＥについてはＳ２８で実質的に演算済みなので、Ｓ２８で保存してもよい。Ｓ３２では変数ｉを１つ加算する。以上により一単位の処理を終了する。

こうして本実施形態では、差分法によって、摩擦式のクラッチＣ１で連結される一方の回転要素であるキャリアＣｒ２の回転数ωを順次推定し、摩擦式のクラッチＣ１の係合完了を判定することができる。入力回転数センサ１１１、出力回転数センサ１１２、油圧センサ１１４及び油温センサ１１５は、一般的な自動変速機が通常備えるセンサである。したがって、特別なセンサを必要とせずにキャリアＣｒ２の回転数ωの推定と、クラッチＣ１の係合完了の判定とを行うことができる。

なお、係合完了の判定手法は複数種類の判定手法を併用してもよい。他の判定手法としては、例えば、Ｃ１油圧センサ１１４の検知結果が所定油圧を示す場合や、クラッチＣ１用の電磁弁ＬＳに対する制御量が規定値に達した場合等が挙げられる。そして、例えば、Ｃ１油圧センサ１１４の検知結果が所定油圧を示す場合であって、かつ、キャリアＣｒ２の推定回転数が入力回転数以上の場合に係合が完了したと判定してもよい。

また、係合完了の判定手法を複数種類採用可能としておき、そのうちの一部をフェールセーフ用の判定手法としてもよい。例えば、通常時にはＣ１油圧センサ１１４の検知結果に基づき係合完了を判定し、Ｃ１油圧センサ１１４の故障が生じた場合に、キャリアＣｒ２の推定回転数を用いて係合完了を判定してもよい。

Ｐ１〜Ｐ４ 遊星歯車機構
Ｃ１〜Ｃ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｆ１ 係合機構
１ 自動変速機
１０ 入力軸
１２ ケーシング
１３ 出力軸
１００ 制御装置
１１４ 油圧センサ

Claims (6)

1. 入力軸から出力軸への駆動力の伝達経路を複数経路形成可能な複数の遊星歯車機構と、
   複数の係合機構と、を備え、
   前記複数の遊星歯車機構の各遊星歯車機構は、サンギヤ、キャリア及びリングギヤを回転要素として備え、
   前記複数の係合機構の各係合機構は、前記伝達経路を切り替えるクラッチ又はブレーキを構成する自動変速機であって、
   前記入力軸の回転数を検知する入力回転数検知手段と、
   前記出力軸の回転数を検知する出力回転数検知手段と、
   前記複数の係合機構のうちの一つである摩擦式のクラッチに供給される油圧を検知する油圧検知手段と、
   前記摩擦式のクラッチの連結対象であって、前記回転要素の一つである特定の回転要素の回転数を推定する推定手段と、
   前記推定手段の推定結果に基づいて前記摩擦式のクラッチの係合完了を判定する判定手段と、を備え、
   前記推定手段は、
   前記複数の係合機構の係合組合せのうち、少なくとも前記摩擦式のクラッチを係合状態とする特定の係合組合せを成立させる場合に、単位時間毎に、前記特定の回転要素の回転数を推定可能であり、
   前記推定手段は、
   前記自動変速機の構成要素のうち、前記特定の係合組み合わせにおいて回転運動を行う各構成要素の回転数を、前記入力回転数検知手段及び前記出力回転数検知手段の検知結果並びに前記特定の回転要素の回転数の推定結果の少なくともいずれかに基づいて演算し、前記各構成要素の回転エネルギを演算可能であり、
   前記推定手段は、
   前記油圧検知手段の検知結果に基いて、前記摩擦式のクラッチの前記単位時間当たりの仕事量を演算可能であり、
   前記推定手段は、
   ｉ番目（ｉは自然数）の前記特定の回転要素の回転数を、前記回転エネルギ及び前記摩擦式のクラッチの前記単位時間当たりの仕事量のｉ−１番目の合計値と、ｉ番目の前記回転エネルギとが、等しくなるように推定する、
   ことを特徴とする自動変速機。
2. 請求項１に記載の自動変速機であって、
   前記摩擦式のクラッチは、前記入力軸と前記特定の回転要素とを断続するクラッチである、
   ことを特徴とする自動変速機。
3. 請求項２に記載の自動変速機であって、
   前記複数の係合機構は、前記特定の回転要素とケーシングとの間に設けられた機械式のブレーキを含み、
   前記機械式のブレーキは、
   前記特定の回転要素の一方向の回転のみ規制する一方向回転許容状態と、前記特定の回転要素の双方向の回転を規制する回転阻止状態と、に切り替え可能であり、
   前記特定の係合組合せは、変速段を後進段に切り替える場合に選択される係合組合せであって、前記入力軸を前記ケーシングに固定する係合組合せであり、
   前記機械式のブレーキは、
   変速段を後進段に切り替えるために前記特定の係合組合せが選択され、前記判定手段により前記摩擦式のクラッチが係合完了と判定され、かつ、前記入力回転数検知手段の検知結果が所定の回転数未満であることを示す場合に、前記回転阻止状態に切り替えられる、
   ことを特徴とする自動変速機。
4. 請求項３に記載の自動変速機であって、
   前記推定手段は、変速段を非走行段から後進段に切り替える場合、前記特定の回転要素の回転数の初期値を０とする、
   ことを特徴とする自動変速機。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の自動変速機であって、
   前記出力軸は、前記特定の回転要素を備える前記遊星歯車機構から駆動力が伝達される、
   ことを特徴とする自動変速機。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の自動変速機であって、
   前記摩擦式のクラッチに供給される作動油の油温を検知する油温検知手段を更に備え、
   前記推定手段は、
   前記油温検知手段、前記油圧検知手段、前記入力回転数検知手段の各検知結果及び前記特定の回転要素の回転数の推定結果に基づいて、前記摩擦式のクラッチの前記単位時間当たりの仕事量を演算する、
   ことを特徴とする自動変速機。

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