JP6314854B2

JP6314854B2 - 噛み合い式係合装置の制御装置

Info

Publication number: JP6314854B2
Application number: JP2015011059A
Authority: JP
Inventors: 桑原　清二; 清二桑原; 弘紹吉野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-01-23
Filing date: 2015-01-23
Publication date: 2018-04-25
Anticipated expiration: 2035-01-23
Also published as: JP2016135626A

Description

この発明は、相対回転する二つの部材を噛み合わせて回転方向に一体化させる噛み合い式係合装置の制御装置に関するものである。

特許文献１には、互いに対向したドグ歯の先端部を尖らせることにより、それらドグ歯が形成された回転部材の回転方向におけるドグ歯の位相が一致した場合であっても、回転部材が相対回転することにより、上記位相がずれてドグ歯が噛み合うように構成された噛み合い式係合装置が記載されている。この噛み合い式係合装置は、アクチュエータにより一方のドグ歯が他方のドグ歯に押圧されて噛み合うように構成されている。そして、相対的に回転数が低い回転部材の回転数を増大させて、その回転数が他方の回転部材の回転数よりも所定値低い回転数まで増大した時点で、各ドグ歯が接触する位置まで一方のドグ歯が移動するように、アクチュエータを制御し始めるタイミングを定めている。したがって、特許文献１に記載された噛み合い式係合装置は、一方のドグ歯を停止させることなく、各ドグ歯を噛み合わせることができる。

特開２０１４−１０５８４５号公報

ところで、噛み合い式係合装置は、係合時に伝達するトルクに応じた噛み合い長さ以上、各ドグ歯を噛み合わせるように構成され、また、解放時に意図せずにドグ歯が噛み合うことを抑制するために、各ドグ歯の先端同士に所定の隙間を空けている。したがって、噛み合い式係合装置を係合させる場合には、上記噛み合い長さと、所定の隙間との長さ分、一方のドグ歯を移動させることになるので、噛み合い式係合装置を係合させる制御を開始してから、各ドグ歯が噛み合うまでの時間が長くなる可能性がある。

そこで、係合させる対象となる回転部材の回転数が同期するまでの間に、一旦、各ドグ歯を接近させ、各回転部材の回転数が同期した時点で各ドグ歯を噛み合わせる場合がある。このように噛み合い式係合装置を係合させる場合には、各ドグ歯を接近させるために、各ドグ歯の位置を検出する必要がある。その場合に、各ドグ歯の位置を検出するためのみのセンサを備えると、装置が大型化する可能性がある。

また、油圧アクチュエータにより一方のドグ歯を押圧する場合には、その油圧アクチュエータに供給する油量を検出したとしても、不可避的なオイルの漏洩などがあり、一方のドグ歯の位置を正確に判断することができない。そのため、油圧アクチュエータに供給する油量を検出してドグ歯の位置を判断する場合には、意図せずにドグ歯が接触することがないように、一方のドグ歯の位置を制御することになる。すなわち、各ドグ歯の先端に比較的大きな隙間が空くように一方のドグ歯の位置を制御することになる。その結果、油圧アクチュエータに供給する油量を検出したとしても、各回転部材の回転数が同期してから各ドグ歯を噛み合わせるまでの時間が長くなる可能性がある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、装置を大型化させることなく、油圧アクチュエータにより押圧されるドグ歯を、他方のドグ歯に精度よく接近させることができる噛み合い式係合機構の制御装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、第１ドグ歯が形成された第１回転部材と、前記第１ドグ歯に噛み合う第２ドグ歯を有する第２回転部材と、前記各ドグ歯が噛み合うように前記第１回転部材を供給される油圧に応じた荷重で押圧する油圧アクチュエータとを備え、かつ前記各ドグ歯を係合させることにより変速比を変更する変速制御装置に設けられた噛み合い式係合装置の制御装置において、前記各ドグ歯を係合させて前記変速制御装置の変速比を変更する際に、前記変速制御装置の入力回転数を、変速比を変更した後の同期回転数よりも所定値低い待機回転数に向けて増大させている間に、前記各ドグ歯が接近するように前記油圧アクチュエータに所定の第１油圧を供給し、前記変速制御装置の入力回転数を、前記待機回転数に維持するように制御した状態で、前記各ドグ歯を接近させた状態から噛み合わせるように前記油圧アクチュエータに所定の第２油圧を供給し、前記油圧アクチュエータに第２油圧を供給してから、前記各ドグ歯が回転方向で接触することにより前記変速制御装置の入力回転数が増大し始めるまでの時間をカウントし、前記カウントされた時間と予め定められた時間との偏差が大きい場合には、前記第１油圧を増大させるように構成されていることを特徴とするものである。

この発明によれば、変速制御装置の入力回転数を、変速比を変更した後の同期回転数よりも低い待機回転数に向けて増大させている間に、各ドグ歯が接近するように油圧アクチュエータに第１油圧が供給される。また、入力回転数を待機回転数に維持するように制御した状態で、各ドグ歯を噛み合わせるように第２油圧を供給し、更に、その第２油圧を供給してから、各ドグ歯が回転方向で接触することにより入力回転数が増大し始めるまでの時間をカウントする。そして、そのカウントされた時間と予め定められた時間とに基づいて、各ドグ歯を接近させる際に油圧アクチュエータに供給される第１油圧の制御量を学習する。そのため、各ドグ歯が予め定められた距離まで接近していないときには、つぎに同様の変速を行うときには、第１油圧が高められて各ドグ歯の距離を狭めることができる。その結果、ドグ歯の位置を検出するためのセンサなどを設けることなく、かつ経時劣化などによるドグ歯の位置の変化を要因としたばらつきなどに影響されずに、各ドグ歯を精度よく接近させることができる。

この発明に係る噛み合い式係合装置の制御装置の制御例を説明するためのフローチャートである。その制御を実行した場合における入力軸の回転数、変速制御装置の出力トルク、ピストンの移動量、各ブレーキを制御する油圧アクチュエータの油圧、エンジンの出力トルクの変化を示すタイムチャートである。この発明における変速制御装置の一例を示すスケルトン図である。その変速制御装置の係合表である。第２ブレーキの構成例を説明するための模式図である。

この発明における噛み合い式係合装置を有する変速制御装置の一例を図３に模式的に示している。図３に示す変速制御装置１は、前進第１速段から前進８速段および後進第１速段ならびに後進第２速段を設定することができる有段式の変速制御装置であって、二つの遊星歯車機構２，３を備えている。その構成を簡単に説明すると、まず、車両の動力源であるエンジン４側にダブルピニオン型の遊星歯車機構（以下、第１遊星歯車機構と記す）２が設けられている。この第１遊星歯車機構２における第１キャリヤ５は、図示しないトルクコンバータなどを介してエンジン４の出力軸６に連結され、第１サンギヤ７は、ハウジングなどの固定部８に連結されている。

その第１遊星歯車機構２を挟んでエンジン４とは反対側にラビニョ型の遊星歯車機構（以下、第２遊星歯車機構と記す）３が設けられている。この第２遊星歯車機構３は、エンジン４または第１遊星歯車機構２から入力されたトルクを図示しない駆動輪に伝達するものであって、第２遊星歯車機構３における第２キャリヤ９は、上記第１キャリヤ５およびエンジン４の出力軸６に、第２クラッチＣ２を介してトルク伝達可能に連結されている。また、第２サンギヤ１０は、第１遊星歯車機構２における第１リングギヤ１１に第３クラッチＣ３を介してトルク伝達可能に連結されるとともに、第１キャリヤ５に第４クラッチＣ４を介してトルク伝達可能に連結されている。さらに、第３サンギヤ１２は、第１クラッチＣ１を介してトルク伝達可能に連結されている。そして、第２リングギヤ１３が、図示しない駆動輪にトルク伝達可能に連結されている。

さらに、上記第２サンギヤ１０の回転を停止させるための第１ブレーキＢ１、および第２キャリヤ９の回転を停止させるための第２ブレーキＢ２が設けられている。この第１ブレーキＢ１は、従来知られた摩擦係合機構であって、伝達トルク容量を制御することができるように構成されている。一方、第２ブレーキＢ２は、この発明における噛み合い式係合装置に相当するものであって、固定部８に形成された後述する第１ドグ歯と、第２キャリヤ９に形成された後述する第２ドグ歯とを噛み合わせることにより、第２キャリヤ９の回転を停止させるように構成されている。

図４は、図３に示す変速制御装置の係合表を示している。なお、図４に示す「○」は、係合している状態を示し、「−」は、解放している状態を示している。図４に示すように前進第１速段は、第１クラッチＣ１と第２ブレーキＢ２とを係合させることにより設定され、前進第２速段は、第１クラッチＣ１と第１ブレーキＢ１とを係合させることにより設定される。すなわち、前進第１速段と前進第２速段との変速段の切替は、第１クラッチＣ１を係合させた状態で、第１ブレーキＢ１と第２ブレーキＢ２とのいずれか一方のブレーキＢ１（Ｂ２）を解放するとともに、他方のブレーキＢ２（Ｂ１）を係合させることにより行われる。

図５は、第２ブレーキＢ２の一例を示す模式図である。図５に示す第２ブレーキＢ２は、油圧アクチュエータにより係合および解放が制御されるように構成されていて、供給される油圧を受けて軸線方向に移動するピストン１４を有している。このピストン１４は、軸線方向に摺動することができるとともに、回転することができないように、固定部８にスプライン係合している。このピストン１４の受圧面とは反対側の面に対向して、第２キャリヤ９に連結された回転部材１５が設けられている。また、ピストン１４には、円周方向に所定の間隔を空け、かつ回転部材１５側に突出した複数の第１ドグ歯１６が形成され、回転部材１５には、円周方向に所定の間隔を空け、かつピストン１４側に突出した複数の第２ドグ歯１７が形成されている。したがって、第１ドグ歯１６と第２ドグ歯１７とが回転方向で係合することにより、第２キャリヤ９の回転が停止させられる。なお、ピストン１４が、この発明の実施例における「第１回転部材」に相当し、回転部材１５が、この発明の実施例における「第２回転部材」に相当する。

また、回転部材１５の回転方向における第２ドグ歯１７の位相と、それに対応する第１ドグ歯１６の位相とが所定の範囲ずれていても各ドグ歯１６，１７を噛み合わせることができるように、各ドグ歯１６，１７の先端が傾斜して形成されている。すなわち、第１ドグ歯１６における傾斜面と第２ドグ歯１７における傾斜面とが接触した場合には、第２ドグ歯１７が傾斜面に沿って回動しながら、第１ドグ歯１６が第２ドグ歯１７に噛み合わされる。なお、図示しないリターンスプリングが設けられており、ピストン１４は、常時、回転部材から離隔する方向に押圧されている。

つぎに、この第２ブレーキＢ２を係合させる際の制御について図１を参照して説明する。この図１に示す制御は、各クラッチＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４および各ブレーキＢ１，Ｂ２を制御する電子制御装置１８により実行され、前進第２速段が設定されている際に、所定時間毎に繰り返し実行される。まず、前進第２速段から前進第１速段への変速の要求があるか否かを判断する（ステップＳ１）。このステップＳ１は、従来知られている制御と同様に、アクセル開度センサや車速センサなどに基づいて定められたマップに基づいて判断することができる。前進第２速段から前進第１速段への変速の要求がなくステップＳ１で否定的に判断された場合には、そのままこのルーチンを一旦終了する。

それとは反対に、前進第２速段から前進第１速段への変速の要求があり、ステップＳ１で肯定的に判断された場合には、ついで、第１ブレーキＢ１を解放させるとともに（ステップＳ２）、ピストン１４を回転部材１５側に移動させる（ステップＳ３）。このステップＳ３は、走行時における振動などにより各ドグ歯１６，１７が接触しない程度まで接近させるためのステップである。したがって、車両が工場から出荷された直後などでは、設定上定められた各ドグ歯１６，１７の先端面同士の隙間に応じて油圧アクチュエータに油圧を供給し、その後は、後述するステップ７により学習された油圧を油圧アクチュエータに供給する。また、その油圧は、所定時間継続して供給される。これは、ピストン１４に作用する荷重と、その荷重が作用する時間とに基づいた量、ピストン１４が回転部材１５側に移動するためである。

ついで、前進第１速段を設定したとした場合における変速制御装置１の入力軸１９の回転数（以下、同期回転数と記す）から、予め定められた所定値を減算した回転数（以下、待機回転数と記す）となるように、変速制御装置１に入力するトルクと、第１ブレーキＢ１の伝達トルク容量とを制御して、入力軸１９の回転数を、上記待機回転数に維持する（ステップＳ４）。ここで、同期回転数は、前進第１速段を設定することにより定まる変速比と、車速とに基づいて算出することができる。また、ステップＳ４における所定値とは、各ドグ歯１６，１７を噛み合わせた際に大きなショックが生じないように予め定められた回転数差である。したがって、上記所定値は、車速や要求駆動力の変化などに応じて変化させてもよい。

ステップＳ４で入力軸の回転数を、待機回転数に維持した後に、ピストン１４を、更に回転部材１５側に移動させる（ステップＳ５）。すなわち、油圧アクチュエータの油圧を増大させる。そのようにピストン１４を回転部材１５側に移動させて各ドグ歯１６，１７の傾斜面が接触すると、第１ブレーキＢ１の伝達トルク容量と入力トルクとを入力軸１９の回転数を待機回転数に維持するように制御しても、入力軸１９の回転数が、同期回転数に向けて増大し始める。そのようにピストン１４を移動させ始めてから、入力軸１９の回転数が増大し始めるまでの時間を計測する（ステップＳ６）。

上記のようにステップＳ６の時間は、各ドグ歯１６，１７の先端同士が接近した状態から噛み合い始めるまでの時間である。したがって、各ドグ歯１６，１７の先端同士を設計上定めた距離までステップＳ３で接近させることができていれば、その位置から各ドグ歯１６，１７が接触し始める位置までの距離も同様に設計上定められた距離となる。したがって、ステップＳ６により計測される時間も、同様に設計上定められた時間となる。一方、ステップＳ３では、油圧アクチュエータに油圧を供給するのみであって、ピストン１４の移動量を正確に判断することはできない。そのため、ステップＳ３によりピストン１４を移動させた際に、各ドグ歯１６，１７が設定上定められた位置まで接近しているとは限らない。したがって、ステップＳ６により計測された時間と、各ドグ歯１６，１７が接触し始めるまでの時間との偏差を算出し、その偏差に基づいてステップＳ３による油圧の制御量を学習する（ステップＳ７）。具体的には、単位油圧当たりのピストン１４の移動量を推定して電子制御装置１８に記憶する。これは、つぎに、前進第２速段から前進第１速段への変速を行う際におけるステップＳ３の補正値として使用するためである。そして、入力軸１９の回転数が同期回転数になると（ステップＳ８）、このルーチンを終了する。

つぎに、図１に示す制御を行った場合における入力軸１９の回転数、変速制御装置１の出力トルク、ピストン１４の移動量、各ブレーキＢ１，Ｂ２を制御する油圧アクチュエータの油圧、エンジン４の出力トルクの変化を図２に示すタイムチャートを参照して説明する。図２に示す例では、前進第２速段が設定され、駆動力を出力していない状態を示している。その際に、前進第１速段への変速が開始させると、先ず、第１ブレーキＢ１を制御する油圧アクチュエータの油圧（以下、第１油圧アクチュエータの油圧と記す）を所定の油圧まで低下させる（ｔ１時点）。この際の油圧は、第１ブレーキＢ１がスリップしない程度の油圧である。また、ピストン１４を押圧する油圧アクチュエータの油圧（以下、第２油圧アクチュエータの油圧と記す）を増大させる。この油圧は、図１におけるステップＳ３で定められる油圧であり、このように油圧を増大させることによりピストン１４が回転部材１５側に向けて移動し始める（ｔ２時点）。

さらに、一旦低下させられた第１油圧アクチュエータの油圧を更に低下させるとともに、エンジン４の出力トルクを増大させる。これは、エンジン回転数がステップＳ４で求められる待機回転数まで増大させるための制御である。

そして、ピストン１４を移動させ始めてから所定の時間Ｔ１が経過すると（ｔ３時点）と、第２油圧アクチュエータの油圧を一旦低下させる。この際の油圧は、ピストン１４が軸線方向に移動しない油圧である。その際に、入力軸１９の回転数が待機回転数まで到達していないので、第１油圧アクチュエータの油圧と、エンジン４の出力トルクは、入力軸１９の回転数が待機回転数になるように制御されている。

入力軸１９の回転数が待機回転数に到達すると（ｔ４時点）、図１におけるステップＳ５により、再度、ピストン１４を回転部材１５側に移動させる。すなわち、第１油圧アクチュエータの油圧を増大させる。同時に、ステップＳ６における時間をカウントし始める。また、入力軸１９の回転数を目標回転数に維持するために、第２油圧アクチュエータの油圧を増大させる。この油圧は、エンジン４の出力トルクに基づいて定めることができる。その結果、変速制御装置１の出力トルクが増大する。

上記のようにピストン１４を回転部材１５側に移動させ、ピストン１４と回転部材１５との傾斜面が接触すると、入力軸１９の回転数が増大し始める（ｔ５時点）。このように傾斜面同士が接触して入力軸１９の回転数が増大し始めた際に、第１ブレーキＢ１が係合しているとタイアップが生じる可能性があるので、ｔ５時点で第１油圧アクチュエータの油圧を低下させる。そして、ピストン１４と回転部材１５とが完全に係合することにより、前進第１速段が設定されるので、入力軸１９の回転数が同期回転数まで増大する（ｔ６時点）。そのように入力軸１９の回転数が同期回転数まで増大したことにより、第２ブレーキＢ２が係合したことを意味するので、各ドグ歯１６，１７が意図せずに解放されることを抑制するため、第２油圧アクチュエータの油圧を予め定められた保持圧まで増大させる。

図２に示す例では、ｔ１時点からｔ２時点までの時間Ｔ１が、各ドグ歯１６，１７を接近させる時間であって、この際に第２油圧アクチュエータに供給される油圧に応じてピストン１４の位置が変化する。一方、ｔ４時点からｔ５時点までの時間Ｔｐは、各ドグ歯１６，１７が噛み合い始めるまでの時間であって、各ドグ歯１６，１７が設定上定められる程度の距離まで接近していない場合には、その時間が長くなる。そのように時間が長くなった場合には、図１におけるステップＳ７で第２油圧アクチュエータの制御量が学習されて、つぎに、前進第２速段から前進第１速段へ変速する際に、各ドグ歯１６，１７を接近させる際における油圧が増大させられる。すなわち、図２における第２油圧アクチュエータの油圧Ｐ１が増大させられる。なお、各ドグ歯１６，１７を接近させる際に第２油圧アクチュエータに供給される油圧と、各ドグ歯１６，１７を噛み合わせる際に第２油圧アクチュエータに供給される油圧とは異なっていてもよい。

上述したように制御することにより、ピストン１４の位置のみを検出するセンサを設けることなく、各ドグ歯１６，１７を精度よく接近させることができる。また、経時劣化などにより第２油圧アクチュエータから漏洩するオイル量が変化したとしても、そのような要因を含んで各ドグ歯１６，１７を接近させる際に第２油圧アクチュエータに供給する油圧の制御量を学習することができる。そのため、経時劣化などによるピストン１４の位置の変化を要因としたばらつきなどに影響されずに、各ドグ歯１６，１７を精度よく接近させることができる。上述したように各ドグ歯１６，１７を精度よく接近させることにより、第２ブレーキＢ２を係合させる制御を開始してから係合が完了するまでの時間を短縮すること、すなわち第２ブレーキＢ２の係合応答性を向上させることができる。

１…変速制御装置、１４…ピストン、１５…回転部材、１６，１７…ドグ歯、Ｂ１，Ｂ２…ブレーキ。

Claims

第１ドグ歯が形成された第１回転部材と、前記第１ドグ歯に噛み合う第２ドグ歯を有する第２回転部材と、前記各ドグ歯が噛み合うように前記第１回転部材を供給される油圧に応じた荷重で押圧する油圧アクチュエータとを備え、かつ前記各ドグ歯を係合させることにより変速比を変更する変速制御装置に設けられた噛み合い式係合装置の制御装置において、
前記各ドグ歯を係合させて前記変速制御装置の変速比を変更する際に、
前記変速制御装置の入力回転数を、変速比を変更した後の同期回転数よりも所定値低い待機回転数に向けて増大させている間に、前記各ドグ歯が接近するように前記油圧アクチュエータに所定の第１油圧を供給し、
前記変速制御装置の入力回転数を、前記待機回転数に維持するように制御した状態で、前記各ドグ歯を接近させた状態から噛み合わせるように前記油圧アクチュエータに所定の第２油圧を供給し、
前記油圧アクチュエータに第２油圧を供給してから、前記各ドグ歯が回転方向で接触することにより前記変速制御装置の入力回転数が増大し始めるまでの時間をカウントし、
前記カウントされた時間と予め定められた時間との偏差が大きい場合には、前記第１油圧を増大させる
ように構成されている
ことを特徴とする噛み合い式係合装置の制御装置。