JP6251603B2

JP6251603B2 - 車両用変速装置

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Publication number: JP6251603B2
Application number: JP2014039795A
Authority: JP
Inventors: 勝政今井; 遥瓦田
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2017-12-20
Anticipated expiration: 2034-02-28
Also published as: JP2015163808A

Description

本発明は、ベルト式などの無段変速機構と、変速比が固定の歯車式などの有段変速機構とを備えたタイプの車両用変速装置に関する。
本明細書における有段変速機構とは、多段変速機構と同義ではなく、変速段が単段のものを含む概念である。

この種の車両用変速装置の一例として、特許文献1に記載されたものがある。
同文献に記載された車両用変速装置は、ベルト式無段変速機構、変速比が固定の歯車式変速機構、遊星歯車機構、および走行モード切替え用のクラッチを備えている。車両走行モードとしては、第１および第２の走行モードがある。第１の走行モードは、前記２種類の変速機構のうち、ベルト式無段変速機構のみを利用してエンジン出力が車軸側に伝達されるモードである。第２の走行モードは、トルクスプリットモードであり、このモードにおいては、エンジン出力がベルト式無段変速機構および歯車式変速機構の双方を利用して変速された上で、遊星歯車機構を利用してそれらの駆動力が合成され、この合成駆動力が車軸側に出力される。

このような車両用変速装置においては、たとえば第１の走行モードが低速側モードとされ、かつ第２の走行モードが高速側モードとされる。このような構成によれば、車両走行の高速域において、ベルト式無段変速機構の動力伝達効率がベルトの滑りに起因して低下する事態を生じても、動力伝達効率が高い歯車式変速機構が併用されることにより、変速装置全体の動力伝達効率を高くし、車両の燃費性能をよくすることが可能である。

しかしながら、前記従来技術においては、次に述べるように、改善すべき余地があった。

すなわち、第１の走行モードと第２の走行モードとの切り替えは、クラッチを利用して行なわれる。このため、車両走行時における走行モード変更時のショックを小さくして車両の乗り心地をよくする観点からすると、ベルト式無段変速機構の変速比が歯車式変速機構の変速比と一致し、両変速機構が同期する状態で走行モードの変更を行なうことが考えられる。
ところが、そのような手段を単に採用しただけでは、走行モードの切り替えが連続して頻繁に繰り返されるハンチング現象を生じる場合がある。
具体的には、第１の走行モード時において、ベルト式無段変速機構の変速比が、たとえばハイ側に変化して歯車式変速機構の変速比に達すると、その時点で第２の走行モードへの変更が開始される。一方、このような第２の走行モードへの変更動作の直後に、目標エンジン回転数が上昇し、ベルト式無段変速機構の変速比が歯車式変速機構の変速比よりもロー側に戻る場合がある。この場合には、その時点で第１の走行モードへの復帰動作が開始されることとなる。このような原理に基づき、目標エンジン回転数が比較的変動し易く、これに伴ってベルト式無段変速機構の変速比も変動し易い車両運転状況下においては、走行モードの切り替えが連続的かつ頻繁に生じる虞がある。このような走行モードの変更動作のハンチング現象を生じたのでは、走行モード変更時のショックが多発し、車両の乗り心地が悪化する。また、走行モード変更用クラッチのオン・オフ動作が頻繁に実行されるために、アクセル操作に対する応答性も悪くなる。

特許第４５５２３７６号公報

本発明は、前記したような事情のもとで考え出されたものであり、走行モード変更動作のハンチング現象を適切に防止することが可能な車両用変速装置を提供することを、その課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明により提供される車両用変速装置は、無段変速機構と、変速比が一定の有段変速機構と、これら両変速機構を利用してエンジン出力が車軸側へ伝達する経路を切り替えるためのクラッチと、を備えており、前記クラッチの切り替えにより設定される車両の走行モードとして、前記両変速機構のうち、前記無段変速機構のみを利用した第１の走行モードと、前記無段変速機構が併用され、または併用されることなく前記有段変速機構を利用した第２の走行モードとが選択可能とされている、車両用変速装置であって、前記第２の走行モードから前記第１の走行モードへの変更が行なわれる際の第１のモード切替え変速比γ１は、前記有段変速機構の変速比γ_Gと略同一に設定されており、前記第１の走行モードから前記第２の走行モードへの変更が行なわれる際の第２のモード切替え変速比γ２は、前記第２の走行モードが前記第１の走行モードよりも車速の高速域側に設定された条件下において、前記第１のモード切替え変速比γ１よりもハイ側に設定された構成、または、前記第２の走行モードが前記第１の走行モードよりも車速の低速域側に設定された条件下において、前記第１のモード切替え変速比γ１よりもロー側に設定された構成とされており、前記走行モードを変更すべく前記クラッチの接続動作が行なわれる際には、前記クラッチの入力側回転数および前記無段変速機構の変速比を一定に維持させた状態で、前記クラッチの差回転を検出し、この差回転が減少した時点を、前記クラッチのトルク点とする学習制御が実行されるように構成されていることを特徴としている。

このような構成によれば、次のような効果が得られる。
すなわち、第１の走行モード時において、無段変速機構の変速比が第１のモード切替え変速比γ１に到達しても、第２の走行モードには変更されない。無段変速機構の変速比がさらにハイ側またはロー側に変化し、第２のモード切替え変速比γ２に到達した場合に限り、第２の走行モードに変更されることとなる。このような第２の走行モードの変更動作直後において、目標エンジン回転数が変動し、無段変速機構の変速比が元のロー側またはハイ側へ多少戻るように変化したとしても、この無段変速機構の変速比が第１のモード切替え変速比γ１まで戻らない限りは、第１の走行モードへ復帰しないこととなる。このような原理に基づき、第１の走行モードから第２の走行モードへの変更後に走行モード変更動作のハンチング現象が生じないようにすることが可能となる。その結果、前記ハンチング現象に起因して車両の乗り心地が悪化するといった不具合を適切に回避することができる。また、走行モード変更用クラッチのオン・オフ動作が頻繁に実行されることも回避されるために、アクセル操作に対する応答性をよくすることもできる。
一方、第１のモード切替え変速比γ１は、有段変速機構の変速比γ_Gと略同一であるため、第２の走行モードから第１の走行モードへの変更時においては、無段変速機構と有段変速機構とを同期させて、走行モード変更時のショックを適切に抑制することが可能である。

さらにこのような構成によれば、クラッチのトルク点の学習制御が実行されるために、走行モード変更時におけるクラッチの切り替え時間の安定化やタイムラグの減少などを適切に図ることができる。このことは、第２の走行モードでの運転領域を広げる上で、より好ましい。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。

本発明に係る車両用変速装置の概略説明図である。図１に示す車両用変速装置における走行モード切替え用の速度線図である。図１に示す車両用変速装置の変速比、動力伝達効率、およびベルト式無段変速機構のベルト掛け状態の関係の一例を示す説明図である。図１に示す車両用変速装置において実行される動作制御の一例を示すフローチャートである。図１に示す車両用変速装置における作用の一例を示すタイムチャートである。図１に示す車両用変速装置における作用の他の例を示すタイムチャートである。図１に示す車両用変速装置において実行されるトルク学習制御の一例を示すフローチャートである。図１に示す車両用変速装置における概略の作用の一例を示すタイムチャートである。本発明の他の例を示す走行モード切替え用の速度線図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

図１に示す車両用変速装置Ａは、エンジン１０の出力軸１０ａにトルクコンバータ１１を介して連結されており、エンジン出力を、差動歯車装置２に連結された一対の車軸９ａ，９ｂ側に伝えるためのものである。具体的には、この車両用変速装置Ａは、ベルト式無段変速機構４、歯車式変速機構５、遊星歯車機構６、スプリットクラッチＣ１、ドライブクラッチＣ２、および前後進切り替え用のブレーキＢ１を備えている。油圧制御装置３０や制御部３が付属して設けられている。
ベルト式無段変速機構４は、本発明でいう「無段変速機構」の一例に相当する。歯車式変速機構５は、本発明でいう「有段変速機構」の一例に相当する。

ベルト式無段変速機構４は、ベルト掛かり径を可変制御可能な一対のプーリ４０ａ，４０ｂにベルト４１を掛け回した構造であり、ベルト掛かり径を変更することにより変速比γ_Bを無段階で変更可能である。プーリ４０ａは、トルクコンバータ１１からの出力を受けるプライマリ軸７０に装着されている。ベルト式無段変速機構４の出力軸としてのセカンダリ軸８０は、遊星歯車機構６のサンギヤ６０との連結が図られているとともに、リングギヤ６２に対してはドライブクラッチＣ２を介して連結可能とされている。

歯車式変速機構５は、プライマリ軸７０にスプリットクラッチＣ１を介して連結された第１ないし第３の歯車５１〜５３を有する歯車列であり、第３の歯車５３は、遊星歯車機構６のキャリヤ６３に連結されている。このため、スプリットクラッチＣ１をオン状態（接続状態）とした際には、プライマリ軸７０の回転駆動力を所定の変速比γ_Gで変速した上で、キャリヤ６３に伝達させることが可能である。

遊星歯車機構６のリングギヤ６２は、歯車式変速機構５およびベルト式無段変速機構４
から遊星歯車機構６に入力された駆動力の出力部とされている。遊星歯車機構６からの出力は、リングギヤ６２に連結された出力軸８１、ならびにギヤ８２を介して、差動歯車装置２のリングギヤ２０に伝達される。

車両用変速装置Ａにおいては、車両前進用の走行モードとして、第１の走行モードと第２の走行モードとを切替え設定可能である。
第１の走行モードは、歯車式変速機構５およびベルト式無段変速機構４のうち、ベルト式無段変速機構４のみを利用したモードである。この第１の走行モードは、スプリットクラッチＣ１をオフ、ドライブクラッチＣ２をオンにすることにより設定される。前後進切り替え用のブレーキＢ１は、車両後進時にオンとされるものであり、車両前進時にはオフのままとされる。この第１の走行モード時においては、たとえば車速、スロットル開度、および目標エンジン回転数などをパラメータとする３次元マップに基づいて変速比γ_Bが決定され、かつこの決定された変速比γ_Bとなるようにベルト式無段変速機構４が制御される。
第２の走行モードは、歯車式変速機構５およびベルト式無段変速機構４の双方を利用したトルクスプリットモードである。この第２の走行モードは、スプリットクラッチＣ１をオン、ドライブクラッチＣ２をオフに切り替えることにより設定可能である。歯車式変速機構５の変速比γ_Gは一定（固定）であるが、第２の走行モードにおいては、ベルト式無段変速機構４がサンギヤ６０およびピニヨンギヤ６１を回転させる結果、両変速機構４，５のトータルの変速比は、ベルト式無段変速機構４の変速比γ_Bを変更することによって制御可能である。第２の走行モードでは、動力伝達効率が高い歯車式変速機構５が用いられるため、第２の走行モード時は、第１の走行モード時よりも動力伝達効率が高くなる（図３も参照）。

２つのクラッチＣ１，Ｃ２は、たとえば湿式摩擦板タイプの油圧クラッチであり、交互に配されたクラッチディスクとクラッチプレートとを、油圧ピストンにより押圧させて係合可能とするものである。これらクラッチＣ１，Ｃ２以外のブレーキＢ１や、ベルト式無段変速機構４のプーリ４０ａ，４０ｂのベルト掛かり径変更機構なども油圧式であり、これらは油圧制御装置３０を利用して制御される。油圧制御装置３０は、ＥＣＵなどの制御部３からの指令に基づいて油圧制御を実行する。制御部３には、エンジン回転数センサＳａ、車速センサＳｂ、スロットル開度センサＳｃ、およびシフトセレクタＳｄなどから信号が送信され、それらのデータに基づいて車両走行モードの変更、変速比γ_Bの制御、およびその他の制御が行なわれる。その詳細については、後述する。

車両用変速装置Ａにおいては、図２に示すような走行モード切替え用の速度線図に基づき、第１および第２の走行モードの変更制御が行なわれる。具体的には、同速度線図では、走行モード切替えラインとして、第１および第２の切替えラインＬ１，Ｌ２があり、これらのラインＬ１，Ｌ２を境界として第１および第２の走行モードが切り替えられる。第１の走行モードが低速側、第２の走行モードが高速側に設定されている。
第２の走行モードから第１の走行モードへの変更点となる第１のモード切替え変速比γ１は、歯車式変速機構５の変速比γ_Gと同一の値とされており、第１の切替えラインＬ１は、第１のモード切替え変速比γ１に対応する目標エンジン回転数を示している。
これとは反対に、第１の走行モードから第２の走行モードへの変更点となる第２のモード切替え変速比γ２は、第１のモード切替え変速比γ１よりもハイ側（変速比が小さい側）とされている。第２の切替えラインＬ２は、第２のモード切替え変速比γ２に対応する目標エンジン回転数を示している。
このように、第１および第２の切替えラインＬ１，Ｌ２が設けられている結果、図２および図３に示すように、第１の走行モードの範囲は、Ｐ１またはＰ１’で示す範囲となる。第２の走行モードの範囲は、Ｐ２またはＰ２’で示す範囲となる。

次に、前記した車両用変速装置Ａの作用について説明する。併せて、制御部３による動作制御手順の一例について、図４のフローチャートを参照しつつ説明する。

まず、シフトセレクＳｄによりＤレンジが選択されて車両発進がなされる場合には、低速側の第１の走行モードが設定され、ベルト式無段変速機構４の変速制御がなされる（Ｓ１：ＹＥＳ，Ｓ２）。次いで、車両の発進後に車両を加速させていくと、目標エンジン回転数は、図２に示した第１の切替えラインＬ１を越えて第２の切替えラインＬ２に到達し、ベルト式無段変速機構４の変速比γ_Bは、第２のモード切替え変速比γ２と一致し、またはそれよりもハイ側となる（Ｓ３：ＹＥＳ）。このような状況が所定時間以上継続すると、その時点で第２の走行モードへの変更動作が実行される（Ｓ４：ＹＥＳ，Ｓ５）。これに対し、前記の状況が所定時間以上継続しない場合には、第２の走行モードへの変更動作は実行されず、第１の走行モードが継続する（Ｓ４：ＮＯ，Ｓ２）。

前記した動作制御によれば、図５に示すように、目標エンジン回転数が第２の切替えラインＬ２に相当する回転数Ｎ２以下となる時間Ｔａが所定時間以上となった場合には、第１の走行モードから第２の走行モードへの変更がなされる。これに対し、図６に示すように、目標エンジン回転数が回転数Ｎ２以下となる時間Ｔｂが所定時間に満たない場合には、第１の走行モードへの変更はなされない。図６に示すような目標エンジン回転数の変化を生じる場合には、仮に、第２の走行モードへの変更を行なったとしても、その後の短時間のうちに、第１の走行モードへ復帰する必要性が高いと考えられる。本実施形態においては、そのような場合には、第２の走行モードへの変更が回避されるために、走行モードの頻繁な変更動作を防止する上で有効である。ただし、本発明はこれに限定されず、図６に示したように、目標エンジン回転数が所定の回転数Ｎ２以下となる時間が比較的短時間であっても、第２の走行モードへの変更が行なわれる構成とすることもできる。

次いで、第２の走行モード時において、目標エンジン回転数が、図２に示した第１の切替えラインＬ１に到達し、ベルト式無段変速機構４の変速比γ_Bが第１のモード切替え変速比γ１に一致すると、この時点で第１の走行モードへの変更動作が実行される（Ｓ６：ＹＥＳ，Ｓ２）。第１のモード切替え変速比γ１は、歯車式変速機構５の変速比γ_Gと一致しているために、第１の走行モードへの変更動作時には、歯車式変速機構５とベルト式無段変速機構４とを同期させた状態でクラッチＣ１，Ｃ２の切り替え動作が可能であり、走行モード変更時のショックを抑制することが可能である。

車両の実際の走行時においては、たとえば目標エンジン回転数が、図２のポジションｎ１〜ｎ３のように変化する場合がある。ポジションｎ２においては、第２の走行モードへの変更がなされている。ポジションｎ３の目標エンジン回転数は、第２の切替えラインＬ２よりも高回転側であるものの、このポジションｎ３の目標エンジン回転数が第１の切替えラインＬ１以上の高回転にならない限りは、第１の走行モードに変更されないこととなる。このようなことから、第１および第２の走行モード間の過度な切り替えが回避され、走行モード変更動作のハンチング現象が好適に防止される。その結果、車両の乗り心地をよくすることができる。また、クラッチＣ１，Ｃ２の切り替え動作が頻繁に実行されることも回避されるために、アクセル操作に対する応答性もよくなる。

前記した走行モードの変更のうち、第１の走行モードから第２の走行モードへの変更は、ベルト式無段変速機構４の変速比γ_Bが歯車式変速機構５の変速比γ_Gに一致していない状況で行なわれるために、スプリットクラッチＣ１の接続時には、差回転が発生する。したがって、この差回転を利用し、図７および図８を参照して後述するスプリットクラッチＣ１のトルク点の学習制御を実行させることも可能である。トルク点の学習制御は、たとえばエンジン始動後の最初の走行モード変更時のみ、あるいは車両の走行距離が所定距離だけ増加する毎などの適当なタイミングで実行される。

まず、第１の走行モード時において、ベルト式無段変速機構４の変速比γ_Bが、第２のモード切替え変速比γ２に達すると、スプリットクラッチＣ１への入力回転数、および変速比γ_Bを一定に維持する制御、スプリットクラッチＣ１の差回転検出処理、およびスプリットクラッチＣ１とドライブクラッチＣ２とのオン・オフ切り替え用の油圧制御が開始される（Ｓ１１：ＹＥＳ，Ｓ１２）。このような動作制御は、図８において、時刻ｔ１に開始されている。スプリットクラッチＣ１およびドライブクラッチＣ２を切り替えるための油圧制御においては、同図（ｅ）に示すように、ドライブクラッチＣ２を遮断（開放）させるための油圧制御を先行させ、その後やや遅れたタイミングでスプリットクラッチＣ１を接続させるための油圧制御を開始させる。

前記した動作制御が行なわれると、スプリットクラッチＣ１がトルク点に達する前の期間中は、このスプリットクラッチＣ１の差回転も一定に維持される。ただし、スプリットクラッチＣ１がトルク点に達すると、差回転は減少する。図８では、時刻ｔ２において、スプリットクラッチＣ１がトルク点に達しており、差回転が減少している。このような現象が検出された時点が、トルク点（トルク伝達開始点、あるいはクラッチの係合開始点とも称される）であると判定され、その後にスプリットクラッチＣ１の接続動作が完了する（Ｓ１３：ＹＥＳ，Ｓ１４，Ｓ１５）。図８においては、時刻ｔ３にスプリットクラッチＣ１の接続動作が完了している。なお、トルク点検出後においては、入力回転数および変速比γ_Bを一定に維持する制御は実行しなくてもよい。

前記したようなトルク点の学習制御を実行すれば、走行モード変更時におけるスプリットクラッチＣ１の切り替え時間の安定化、タイムラグの減少などを適切に図ることができ、第２の走行モードでの運転領域を広げる上で、より好ましいものとなる。
ドライブクラッチＣ２については、第２の走行モードから第１の走行モードへの変更時に接続側となるために、その際に行なうことが可能である。ただし、この場合において、ベルト式無段変速機構４の変速比γ_Bを第１のモード切替え変速比γ１に直ちに一致させると、差回転が発生しない。したがって、トルク点の学習制御を行なう際には、予めベルト式無段変速機構４の変速比γ_Bを第１のモード切替え変速比γ１よりもハイ側またはロー側にずれせるようにして、目標エンジン回転数および変速比γ_Bを一定化させればよい。この状態において差回転が減少した時点がトルク点である。トルク点の検出後には、入力回転数および変速比γ_Bを制御し、この変速比γ_Bを第１のモード切替え変速比γ１に近付けるようにすれば、変速比γ_Bが第１のモード切替え変速比γ１と一致する同期状態でのクラッチ接続が可能である。

図９は、本発明の他の実施形態を示している。
本実施形態においては、前記実施形態とは反対に、第１の走行モードの範囲Ｐ１，Ｐ１’は高速側とされ、第２の走行モードの範囲Ｐ２，Ｐ２’は低速側とされている。これに対応して、第１および第２の切替えラインＬ１，Ｌ２の相対的な位置関係も、前記実施形態とは異なっている。すなわち、本実施形態では、第１の走行モードから第２の走行モードへの変更が行なわれる際の第２のモード切替え変速比γ２は、第２の走行モードから第１の走行モードへの変更が行なわれる際の第１のモード切替え変速比γ１よりもロー側（変速比が大きい側）に設定されている。

本実施形態においては、目標エンジン回転数が、たとえば図９の符号ｎ５，ｎ６に示すように変化した場合に、第１の走行モードから第２の走行モードに変更される。その後、符号ｎ７に示すように、目標エンジン回転数が第１の切替えラインＬ１以下の回転数にならない場合には、第１の走行モードへの変更は実行されず、第２の走行モードが維持されることとなる。このようなことから理解されるように、本実施形態においても、前記実施形態と同様に、走行モードの過度な変更動作が適切に防止される。

本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る車両用変速装置の各部の具体的な構成は、本発明の意図する範囲内において種々に設計変更自在である。

本発明でいう無段変速機構は、ベルト式無段変速機構に代えて、たとえばトロイダル方式などの無段変速機構とすることもできる。本発明でいう有段変速機は、歯車式変速機構に代えて、チェーン方式の変速機構とすることもできる。

本発明でいう第２の走行モードは、無段変速機構と有段変速機構とを併用したトルクスプリットモードに限らない。無段変速機構を利用せず、歯車式変速機構などの有段変速機構のみを利用したモードとすることもできる。

Ａ車両用変速装置
Ｃ１スプリットクラッチ
Ｃ２ドライブクラッチ
２差動歯車装置
４ベルト式無段変速機構（無段変速機構）
５歯車式変速機構（有段変速機構）
６遊星歯車機構
９ａ，９ｂ車軸
１０エンジン

Claims

無段変速機構と、変速比が一定の有段変速機構と、これら両変速機構を利用してエンジン出力が車軸側へ伝達する経路を切り替えるためのクラッチと、を備えており、
前記クラッチの切り替えにより設定される車両の走行モードとして、前記両変速機構のうち、前記無段変速機構のみを利用した第１の走行モードと、前記無段変速機構が併用され、または併用されることなく前記有段変速機構を利用した第２の走行モードとが選択可能とされている、車両用変速装置であって、
前記第２の走行モードから前記第１の走行モードへの変更が行なわれる際の第１のモード切替え変速比γ１は、前記有段変速機構の変速比γ_Gと略同一に設定されており、
前記第１の走行モードから前記第２の走行モードへの変更が行なわれる際の第２のモード切替え変速比γ２は、
前記第２の走行モードが前記第１の走行モードよりも車速の高速域側に設定された条件下において、前記第１のモード切替え変速比γ１よりもハイ側に設定された構成、または、前記第２の走行モードが前記第１の走行モードよりも車速の低速域側に設定された条件下において、前記第１のモード切替え変速比γ１よりもロー側に設定された構成とされており、
前記走行モードを変更すべく前記クラッチの接続動作が行なわれる際には、前記クラッチの入力側回転数および前記無段変速機構の変速比を一定に維持させた状態で、前記クラッチの差回転を検出し、この差回転が減少した時点を、前記クラッチのトルク点とする学習制御が実行されるように構成されていることを特徴とする、車両用変速装置。