JP7310635B2 - 摩擦締結要素の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の車両に搭載される摩擦締結要素の制御装置に関する。

自動車等の車両に搭載される自動変速機は、プラネタリギヤセット等でなる動力伝達経路をクラッチやブレーキ等でなる複数の摩擦締結要素の選択的な締結によって切り換えて、車両の運転状態に応じた所定の変速段を達成するように構成されている。

この種の摩擦締結要素は、入力側摩擦板と、出力側摩擦板と、これらの摩擦板を締結するための押し力発生手段とを備える。押し力発生手段としては、オイルポンプから供給される油圧によってピストンを作動させる油圧式ピストン、及び、電動モータによってシリンダ内のピストンをストロークさせて油圧を発生させる電動モータ式ピストン等が知られている。また、車両に搭載される摩擦締結要素としては、油圧を介在させずに電磁力等で押し力を発生させる、例えば、四輪駆動車の電磁クラッチ等が知られている。

摩擦締結要素は、解放状態から締結状態に移行する際、前記押し力発生手段によって、入力側摩擦板と出力側摩擦板との間の摩擦力（締結力）が高められる。摩擦締結要素は、両摩擦板間の差回転が減少し、差回転がゼロになったときに完全締結する。摩擦締結要素が解放状態から締結状態に移行される間には、締結力の変動によって生じるジャダー振動（スティックスリップ現象）が発生する場合がある。締結力は、摩擦材の摩擦係数と押し力との積なので、例えば、締結される摩擦締結要素の摩擦係数の変化、及び、油圧の変動等によってジャダー振動が発生する。

このジャダー振動の原因としての摩擦係数について考察すると、摩擦締結要素の摩擦係数μは、摩擦締結要素間の差回転Ｖの変化に応じて変化する特性を有する。より詳しくは、一般的に、摩擦締結要素に用いられる摩擦板は、差回転Ｖの増大に伴って摩擦係数μが増大する正勾配の特性（μ－Ｖ特性が正勾配）を有するものと、差回転Ｖの増大に伴って摩擦係数μが減少する負勾配の特性（μ－Ｖ特性が負勾配）を有するものと、がある。

特許文献１に開示されているように、一般的に、摩擦締結要素に用いられる摩擦材としては、摩擦材の摩擦係数μの摩擦締結要素間の差回転に対する変化の特性として正勾配の特性を有する摩擦材が用いられる。

図９を参照しながら、正勾配の特性を有する摩擦締結要素が、解放状態から締結状態に移行する場合の差回転Ｖに対する摩擦係数μの変化を説明する。移行の開始点をＰ１とし、Ｐ１における差回転、摩擦係数、時間をそれぞれＮ１、μ１、ｔ１とする。そして説明を分かり易くするために、まずμ－Ｖ特性の勾配がゼロ（μ－Ｖ特性がゼロ勾配）の場合の、ｔ１から微小時間Δｔ経過後（以降ｔ１＋Δｔ時とする）時点Ｐ２での差回転を考えるものとし、それをＮ２とする。ここでμ－Ｖ特性が正勾配の場合を考えると、差回転Ｎ２での摩擦係数μはμ２でありμ１よりも小さい。

よって、μ－Ｖ勾配が正の場合は、Δｔの間に差回転にブレーキをかける摩擦力の総和が、μ－Ｖ特性がゼロ勾配の場合に比べて小さくなるために、ｔ１＋Δｔ時の差回転はＮ２より少し高いＮ３になると言える。このとき、Ｎ３はＮ１とＮ２の間のどこかにあることは確実であるため、ｔ１+Δｔでの差回転が一義的且つ安定的に決まると言える。このようにしてμ－Ｖ特性が正勾配の場合における、時間経過に対する差回転Ｖと摩擦係数μの推移は決定され、この動作を繰り返しながら、安定的に完全締結（差回転＝０）に至る。

特開２０１８－１５５２５号公報

ところで、燃費向上のために、摩擦締結要素においては、押し力発生手段の駆動エネルギー（例えば、機械式オイルポンプを駆動するエンジンの負荷等）を低減することが要求されている。前述のように、締結力は、摩擦係数と押し力との積なので、伝達トルク容量を確保しながら、油圧を低減するためには、摩擦係数を高めることが考えられる。

しかしながら、一般的に、摩擦板の摩擦係数μを高めていくと、正勾配であったμ－Ｖ特性が図１０に示すように負勾配となる。図１０を参照しながら、負勾配のμ－Ｖ特性を有する摩擦締結要素が、解放状態から締結状態に移行する場合の差回転Ｖに対する摩擦係数μの変化を説明する。移行の開始点をＰ１１とし、Ｐ１１における差回転、摩擦係数、時間をそれぞれＮ１１、μ１１、ｔ１１とする。そしてμ－Ｖ特性が正勾配の時同様に、まずμ－Ｖ特性がゼロ勾配の場合の、ｔ１１＋Δｔ時の差回転を考えるものとし、それをＮ１２とする。

ここで、μ－Ｖ特性が負勾配の場合を考えると、差回転Ｎ１２での摩擦係数μはμ１２でありμ１１よりも大きい。よって、μ－Ｖ特性が負勾配の場合は、Δｔの間に、回転にブレーキをかける摩擦力の総和が、μ－Ｖ特性がゼロ勾配の場合に比べて大きくなるために、ｔ１１+Δｔ時点のＰ１２の差回転はＮ１２より少し低い側になると言える。

そこで、ｔ１１＋Δｔでの差回転をＮ１３と改めて置いて、その場合のΔｔの間の、差回転にブレーキをかける摩擦力の総和を考えると、摩擦力の総和はＮ１１からＮ１３に推移する場合に比べて、さらに大きいものになるために、ｔ１１＋Δｔ時の差回転はＮ１３よりさらに低い側になると言える。このようにしてμ－Ｖ特性が負勾配の場合、差回転Ｖの低下と摩擦係数μの増加が正帰還となり増幅し合うことで、一瞬で急激な差回転Ｖの低下が発生する。

この急激な差回転Ｖの低下は、摩擦締結要素の両端に接続される金属製のシャフト等にねじれ（弾性変形）を生じさせ、ねじれによって金属製のシャフト等に蓄積された弾性力が、摩擦締結要素が伝達する伝達トルク容量を超えた瞬間（Ｐ１４）に、摩擦締結要素は一気にスリップする。即ち、摩擦締結要素の差回転は急激に上昇し（Ｐ１５）、金属製のシャフト等は元のねじれが無い状態に戻る。ここからまた前述と同様の急激な差回転の低下を始め、この繰り返しによりジャダー振動が発生する。

そこで、本発明は、摩擦締結要素の制御装置において、摩擦締結要素の押し力の低減による燃費向上と、ジャダー振動の抑制との両立を図ることを課題とする。

本願発明者は、負勾配のμ－Ｖ特性を有する高摩擦係数の摩擦板を用いた摩擦締結要素が締結される場合におけるジャダー振動の抑制について、種々検討した。上述のように、μ－Ｖ特性の正勾配と負勾配によるジャダー振動の発生の有無については、従来から知られているものであるが、本願発明者はμ－Ｖ特性が負勾配の場合であっても、μ－Ｖ特性式の摩擦係数μに対して、摩擦締結要素を締結するための押し力Ｐを掛けることで得られる、摩擦締結要素の摩擦力Ｆと差回転Ｖの関係を示す特性式（以下、Ｆ－Ｖ特性式ともいう）を正勾配にすることによって、ジャダー振動の発生を抑制できることを見出し、シミュレーションによって実証して本発明を完成した。

まず、本願の請求項１に記載の発明は、
入力側摩擦板と出力側摩擦板とを締結させるための押し力発生手段を備えた摩擦締結要素の制御装置であって、
前記入力側摩擦板および前記出力側摩擦板は、前記摩擦締結要素の差回転が増大するときに摩擦係数が減少する負勾配となる特性を有するものであって、
前記摩擦締結要素の締結時において、
前記摩擦締結要素の差回転が減少するときに前記摩擦締結要素の摩擦力が減少する正勾配の特性となるように、前記摩擦締結要素の押し力を制御する押し力制御手段を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記押し力発生手段は、ピストンと、オイルポンプと、前記オイルポンプから前記ピストンに供給される油圧を制御する制御弁と、を備えることを特徴とする。

ところで、一般に、ジャダー振動の周波数は、数十Ｈｚのオーダであるため、ジャダー振動の抑制を目的として、押し力発生手段の応答速度としては、ジャダー振動の周波数よりも高い応答速度が必要となる。すなわち、押し力発生手段が制御装置から所定の油圧供給指令を受けてから油圧を所定値に上昇させるとともに、ピストンが摩擦板を押圧するまでの時間を短くする必要がある。

これに対して、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記押し力発生手段は、ピストンと、前記ピストンに油圧を供給する油圧シリンダと、前記油圧シリンダを作動させる電動モータと、を備えることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１～３のいずれか１項に記載の発明において、
前記摩擦締結要素は、自動変速機を構成し、
前記自動変速機は、前記入力側摩擦板に連結された前記自動変速機の入力部材と、前記出力側摩擦板に連結された前記自動変速機の出力部材と、前記入力部材の回転数を検出する入力回転数検出手段と、前記出力部材の回転数を検出する出力回転数検出手段とを備え、
前記押し力制御手段は、前記入力回転数検出手段と前記出力回転数検出手段とによって検出された入力回転数と、出力回転数とを換算することで差回転を算出することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１～４のいずれか１項に記載の発明において、
前記押し力制御手段は、押し力を前記摩擦締結要素の差回転に応じて補正することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１～５のいずれか１項に記載の発明において、
前記押し力制御手段は、締結開始から締結完了までの間において押し力の制御を実行することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、
入力側摩擦板と出力側摩擦板とを係合させるための押し力発生手段を備えた摩擦締結要素の制御方法であって、
前記入力側摩擦板および前記出力側摩擦板は、前記摩擦締結要素の差回転が増大するときに摩擦係数が減少する負勾配となる特性を有し、
前記摩擦締結要素の締結時において、
前記摩擦締結要素の押し力を制御する押し力制御手段は、前記摩擦締結要素の摩擦力が、前記摩擦締結要素の差回転が減少するときに摩擦力が減少する正勾配の特性となるように、前記摩擦締結要素の押し力を制御することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、差回転Ｖの増大に伴って摩擦係数μが減少する負勾配のμ－Ｖ特性を有する高い摩擦係数の摩擦板を用いることで、摩擦締結要素の押し力を低減することができる。これにより、押し力発生手段を駆動させるための駆動エネルギーを低減でき、燃費の向上や駆動源の小型化ができる。

押し力制御手段は、摩擦締結要素の締結時に、摩擦締結要素の差回転の減少に伴って摩擦力が減少する正勾配の特性となるように、摩擦締結要素の押し力を制御するので、摩擦係数のμ－Ｖ特性が負勾配である摩擦材を用いた場合においても、ジャダー振動を抑制できる。

以上により、摩擦締結要素の制御装置において、摩擦締結要素の押し力の低減による燃費向上と、ジャダー振動の抑制との両立が図られる。

請求項２に記載の発明によれば、例えば、摩擦締結要素の制御装置を自動変速機に用いた場合、従来のオイルポンプからピストンに供給される油圧を制御する制御弁を備えた摩擦締結要素の構成を変更することなく、摩擦締結要素の押し力の低減による燃費の向上と、ジャダー振動の抑制とを両立できる。

請求項３に記載の発明によれば、ピストンに油圧を供給する油圧シリンダを電動モータによって作動させる構成とすることで、従来のオイルポンプからピストンに供給される油圧を制御する制御弁を備えた摩擦締結要素の構成に比して応答速度を高めることができる。これにより、ジャダー振動の周波数（約１０～２０Ｈｚ）よりも十分高い応答速度、例えば、１００Ｈｚ程度で押し力制御を実行でき、効果的にジャダー振動を抑制できる。

請求項４に記載の発明によれば、自動変速機の入力部材、及び、自動変速機の出力部材の回転数と、摩擦締結要素のギヤ比とから、摩擦締結要素の差回転が得られる。これにより、差回転を得るために、各摩擦締結要素の入力側摩擦板、及び、出力側摩擦板（あるいは、両摩擦板が係合される回転部材）の各回転数を検出するためのセンサ等を備える必要がない。

請求項５に記載の発明によれば、押し力制御手段は、締結力（摩擦力）を制御するための押し力を差回転に応じて補正するので、差回転に対する締結力（摩擦力）が正勾配となるように制御することができる。

請求項６に記載の発明によれば、押し力制御手段は、摩擦締結要素の締結開始から締結完了までの間において実行されるので、解放状態から締結状態への移行時におけるジャダー振動が効果的に抑制できる。

請求項７に記載の発明によれば、請求項１と同様の効果が得られる。

本発明の実施形態に係る摩擦締結要素の制御装置を備えた自動変速機の骨子図である。 同自動変速機の摩擦締結要素の締結の組み合わせと変速段との関係を示す締結表である。 同自動変速機の油圧回路の一部を示す回路図である。 同自動変速機の制御システム図である。 摩擦締結要素の制御装置の変速制御動作の流れを示すフローチャートである。 （ａ）差回転に対する要求伝達トルク（又は摩擦力Ｆ）の特性（Ｆ－Ｖ特性）を示すグラフ、及び、（ｂ）差回転に対する摩擦係数の特性（μ－Ｖ特性）を示すグラフである。 摩擦締結要素の制御装置の変速制御動作のシミュレーション結果である。 押し力発生手段の変形例を示す図である。 μ－Ｖ特性が正勾配の摩擦締結要素の締結時の現象を説明するための説明図である。 μ－Ｖ特性が負勾配の摩擦締結要素の締結時のジャダー振動を説明するための説明図である。

以下、本発明を自動変速機に適用した実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る自動変速機の構成を示す骨子図である。この自動変速機１は、エンジン出力がトルクコンバータ等（図示せず）を介して入力される自動変速機１の入力部材としての入力軸２を有している。該入力軸２上には、駆動源側（図の右側）から、第１、第２、第３プラネタリギヤセット（以下、「第１、第２、第３ギヤセット」という）１０，２０，３０が配置されている。

入力軸２上には、第１～第３ギヤセット１０，２０，３０で構成される動力伝達経路を切り換えるための摩擦締結要素として、入力軸２からの動力をギヤセット１０，２０，３０側へ選択的に伝達するロークラッチ４０及びハイクラッチ５０と、各ギヤセット１０，２０，３０の所定の回転要素を固定するＬＲ（ローリバース）ブレーキ６０、２６ブレーキ７０、及びＲ３５ブレーキ８０が、駆動源側からこの順序で配置されている。

第１、第２、第３ギヤセット１０，２０，３０は、いずれも、サンギヤ１１，２１，３１と、これらのサンギヤ１１，２１，３１に噛み合った各複数のピニオン１２，２２，３２と、これらのピニオン１２，２２，３２をそれぞれ支持するキャリヤ１３，２３，３３と、ピニオン１２，２２，３２に噛み合ったリングギヤ１４，２４，３４とで構成されている。

そして、第１ギヤセット１０のサンギヤ１１と第２ギヤセット２０のサンギヤ２１とが結合されて、ロークラッチ４０の内側回転部材４１に連結されている。また、第２ギヤセット２０のキャリヤ２３がハイクラッチ５０の内側回転部材５１が連結されている。さらに、第３ギヤセット３０のサンギヤ３１に入力軸２が直接連結されている。

また、第１ギヤセット１０のリングギヤ１４と第２ギヤセット２０のキャリヤ２３とが結合されて、これらと変速機ケース３との間にＬＲブレーキ６０が配設されている。また、第２ギヤセット２０のリングギヤ２４と第３ギヤセット３０のキャリヤ３３とが結合されて、これらと変速機ケース３との間に２６ブレーキ７０が配設され、さらに、第３ギヤセット３０のリングギヤ３４と変速機ケース３との間にＲ３５ブレーキ８０が配設されている。そして、第１ギヤセット１０のキャリヤ１３に、自動変速機１の出力を駆動輪（図示せず）側へ出力する自動変速機１の出力部材としての出力ギヤ４が連結されている。

以上の構成により、この自動変速機１は、ロークラッチ４０、ハイクラッチ５０、ＬＲブレーキ６０、２６ブレーキ７０及びＲ３５ブレーキ８０の締結状態の組み合わせにより、図２に示すように、Ｄレンジでの１～６速と、Ｒレンジでの後退速とが形成されるようになっている。

各摩擦締結要素４０，５０，６０，７０，８０は、内側に配置される複数の内側摩擦板と、該複数の内側摩擦板の外側に配置される外側摩擦板と、これらの複数の摩擦板を締結するピストンと、ピストンを摩擦板側に押圧する締結油圧が供給される締結油圧室とを備えている。内側摩擦板と外側摩擦板とは、動力伝達状態によって、一方が入力側摩擦板、他方が出力側摩擦板になる。

ここで、図３を参照しながら、各摩擦締結要素４０，５０，６０，７０，８０及び摩擦締結要素の締結解放を制御する油圧回路１００の一部の構成について、ハイクラッチ５０を例に説明する。

ハイクラッチ５０は、内側回転部材５１の筒状部の外周面に係合された少なくとも１つの内側摩擦板５２と、外側回転部材５３の筒状部の外周面に係合された少なくとも１つの外側摩擦板５４と、内側摩擦板５２及び外側摩擦板５４を押圧するピストン５５とを備える。

内側摩擦板５２と外側摩擦板５４は、軸方向に交互に配置されている。ピストン５５は入力軸２の軸心周りに回転可能且つ軸方向に摺動可能なように配置されている。ピストン５５は、軸方向に摺動することで、内側摩擦板５２と外側摩擦板５４を軸方向に押圧して互いに締結させる。ピストン５５の摺動は、締結油圧室５６に対する作動油の給排によって制御される。

締結油圧室５６には、締結油圧室５６に供給される作動油の給排を制御する油圧回路１００の一部を構成する制御弁としてのソレノイドバルブ１０１が接続されている。油圧室５６には、後述の制御装置２００（図４参照）からの指令信号に応じた締結油圧に調圧されたライン油圧がソレノイドバルブ１０１を介して供給される。ライン圧は、エンジン６１等によって回転駆動される機械式のオイルポンプ６２が発生する油圧を元圧としてアクセル開度及びエンジン負荷等に応じた値に調圧されるようになっている。

なお、オイルポンプ６２の駆動源として、エンジン等によって駆動される（機械式ポンプを）例について説明したが、オイルポンプは、モータ等によって駆動されてもよい（電動ポンプであってもよい）。また、ピストン５５と、オイルポンプ６２と、オイルポンプ６２からピストン５５に供給される油圧を制御するソレノイドバルブ１０１とは、特許請求の範囲における押し力発生手段を構成する。

図４に示すように、自動変速機１は、上記の摩擦締結要素４０，５０，６０，７０，８０に締結用のライン圧を選択的に供給して上記変速段を実現するための油圧回路１００を備える。この油圧回路１００は、変速制御用の複数のソレノイドバルブ（以下、「ソレノイドバルブ」をＳＶと記す）１０１…１０１を備えている。

油圧回路１００の複数のソレノイドバルブ１０１は、制御装置２００によって制御される。制御装置２００は、エンジンに搭載されたＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２０１と、自動変速機１の搭載されたＴＣＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２０２とを備えており、ＥＣＵ２０１とＴＣＭ２０２とは、例えばＣＡＮ通信を介して互いに電気的に接続されている。

ＥＣＵ２０１には、車両に対する加速要求量としてのアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ２１０、エンジンの回転数を検出するエンジン回転数センサ２１１等からの信号が入力され、これらの入力信号に基づき、エンジンの出力トルクの制御等、エンジンの動作に関する各種制御を行う。

ＴＣＭ２０２には、車両の速度を検出する車速センサ２１２からの信号と、変速機への入力軸回転数センサ２１４からの信号と、出力軸回転数センサとしての車速センサ２１５からの信号とが入力される。また、ＴＣＭ２０２には、ＥＣＵ２０１を介してアクセルセンサ２１０からの信号とエンジン回転数センサ２１１からの信号とが入力される。

これらの入力信号に基づき、ＴＣＭ２０２は、油圧回路１００の各ソレノイドバルブ１０１に信号を出力する。これにより、選択されたレンジや車両の走行状態に応じて各ソレノイドバルブ１０１の開閉ないし開度が制御され、各摩擦締結要素４０，５０，６０，７０，８０への油圧供給が制御されることで、自動変速機１の変速制御が行われる。また、ＴＣＭ２０２は、変速制御の状況に応じて、例えばエンジンの出力トルク等、エンジンの動作に関する各種指令信号をＥＣＵ２０１に出力する。なお、これら以外にも、作動油の温度を検出する油温センサなど、各種機器からの信号がＥＣＵ２０１に入力されるようにしてもよい。

変速制御には、各変速パターンの変速条件（シフトアップ条件及びシフトダウン条件）として、車速とアクセル開度をパラメータとするいわゆる変速線図が用いられ、車速センサ２１２で検出された車速と、アクセル開度センサ２１０で検出されたアクセル開度とが変速条件を満たしたときに、シフトアップ又はシフトダウンが行われる。

自動変速機１の締結油圧室に供給される油圧の制御は、後述の押し力制御によって行われる。締結油圧室に供給される油圧の制御は、オイルポンプ６２（図３参照）から油圧回路１００に供給された作動油の流れおよび油圧を、油圧回路１００に設けられた油圧制御弁および切換弁等によって制御する。

これにより、各摩擦締結要素４０，５０，６０，７０，８０の締結油圧室への作動油の供給によって締結され、締結油圧室からの作動油の排出によって解放される。さらに、各摩擦締結要素の締結油圧室の油圧が制御されることで、摩擦締結要素４０，５０，６０，７０，８０の締結、解放、およびスリップ、並びにスリップ状態における締結の度合い（締結割合）が制御される。

ところで、本実施形態における各摩擦締結要素４０，５０，６０，７０，８０には、図１０に示すように、高摩擦係数の摩擦板が用いられる。したがって、各摩擦締結要素４０，５０，６０，７０，８０は、差回転Ｖが増大する場合に摩擦係数μが減少する、いわゆる負勾配のμ－Ｖ特性を有する。換言すると、各摩擦締結要素４０，５０，６０，７０，８０の摩擦係数μの変化量であるΔμの差回転速度Ｖの変化量ΔＶに対する勾配Δμ／ΔＶが、Δμ／ΔＶ＜０の関係を有する。各摩擦締結要素４０，５０，６０，７０，８０の差回転Ｖ（ｒｐｍ）とは、例えば、図３のハイクラッチ５０において、ハイクラッチ５０が係合する内側回転部材５１と外側回転部材５３の回転速度の差である。

このような負勾配のμ－Ｖ特性を有する摩擦板を用いた摩擦締結要素は、例えば、ハイクラッチ５０の締結開始時時点（図１０の矢印Ｐ１１参照）から、差回転Ｖが減少するにしたがって、摩擦係数μが増大する。これにより、差回転Ｖの低下と摩擦係数μの増加が正帰還となり増幅し合うことで、一瞬で急激な差回転Ｖの低下が発生する。この急激な差回転Ｖの低下は、外側摩擦板５４と内側摩擦板５２とがそれぞれ係合される外側回転部材５３と内側回転部材５１及びそれらに接続されている金属製のシャフト等にねじれ（弾性変形）を生じさせ（図３参照）、ねじれによって金属部等に蓄積された弾性力が、ハイクラッチ５０が伝達する伝達トルク容量を超えた瞬間（図１０の矢印Ｐ１４参照）に、ハイクラッチ５０は一気にスリップする。すなわちハイクラッチ５０の差回転は急激に上昇し（図１０の矢印Ｐ１５参照）、金属製のシャフト等は元のねじれがない状態に戻る。この動作を繰り返すことにより、ハイクラッチ５０の締結プロセス（解放状態から締結状態に移行するとき）において、ジャダー振動が生じ得る。

これに対して、本実施形態における各摩擦締結要素４０，５０，６０，７０，８０の制御装置２００は、締結時において、ジャダー振動を抑制するための押し力制御を実行する。

図５に示すフローチャートを参照しながら、ＴＣＭ２０２によって行われる押し力制御の制御動作の一例について説明する。なお、ここでは、３－４変速を例にとって説明する。

図５に示す制御動作は、車両の前進走行中の変速制御が行われている間、常に繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１では、各種情報が読み込まれる。ステップＳ２では、読み込まれた各種情報に基づいて、変速指令ありか否かが判定される。変速指令の有無は、車速センサ２１２で検出した車速と、アクセル開度センサ２１０で検出したアクセル開度とが、ＴＣＭ２０２の記憶部に予め記憶されている変速線図とに基づいて、変速条件を満たしているかが判定される。ステップＳ２で、変速指令なしと判定された場合は、フローがステップＳ１にリターンされる。

ステップＳ２で変速指令があった場合、ステップＳ３にフローを進め、差回転Ｖを検出する。具体的には、入力回転数センサ２１４で検出した入力軸２の回転速度と車速センサ２１２で検出した出力軸回転速度と、予め既知である自動変速機１の変速比とに基づいて３－４変速で締結されるハイクラッチ５０の差回転Ｖを算出する。

続くステップＳ４では、要求伝達トルクＴｃｌを算出する。要求伝達トルクＴｃｌは、エンジン回転数センサ２１１で検出したエンジン回転数と、アクセル開度センサ２１０で検出したアクセル開度と、ＴＣＭ２０２の記憶部に予め記憶されているエンジントルクとエンジン回転数とアクセル開度をパラメータとするエンジン特性マップとから、エンジントルクＴｅを算出する。算出されたエンジントルクＴｅと、ステップＳ２で算出された変速段における変速比とから、ハイクラッチ５０に要求される要求伝達トルクＴｃｌを取得する。なお、要求伝達トルクＴｃｌの取得方法は、上記に限られるものではなく、種々の条件に基づいて目標とする要求伝達トルクＴｃｌを決定してもよい。

ステップＳ５では、ステップＳ４で取得した要求伝達トルクＴｃｌに応じた押し力Ｐ０を算出する。具体的には、予めＴＣＭ２０２に備えられた、各摩擦締結要素の要求伝達トルクＴｃｌと押し力Ｐ０のマップから、要求伝達トルクＴｃｌに応じた押し力Ｐ０を読み込む。なお、要求伝達トルクＴｃｌと押し力Ｐ０の関係は、差回転と油温によって変化するため、前記マップは、差回転と油温に対する依存性を備えたものである。

ここで、ハイクラッチ５０のμ－Ｖ特性式μｒは負勾配であるため、ステップＳ５で算出される要求伝達トルクＴｃｌに応じた押し力Ｐ０でハイクラッチ５０を締結した場合、ジャダー振動が生じ得る。ここで、μ－Ｖ特性式の摩擦係数μに対して押し力Ｐ０を掛けることで、摩擦力Ｆと差回転Ｖの関係を示す特性式としたものをＦ－Ｖ特性式と呼ぶこととすると、ハイクラッチ５０のＦ－Ｖ特性式Ｆｒは、図６（ａ）に破線で示すように、負勾配となる（例えば、Ｆｒ＝（－ｒＶ＋ｓ）／Ｐ０）。

次に、本実施形態のステップＳ６～ステップＳ８では、摩擦締結要素のμ－Ｖ特性式が負勾配の場合においても、Ｆ－Ｖ特性が正勾配となるように押し力を制御することを目的とし、それを実現するための押し力Ｐ０の補正値ΔＰを算出する。

補正値ΔＰの算出において、実現したい正勾配のＦ－Ｖ特性式Ｆｔを図６（ａ）に実線で示す。このＦ－Ｖ特性式Ｆｔは実現したいターゲットとなる正勾配のＦ－Ｖ特性式であるため、ターゲットＦ－Ｖ特性式Ｆｔと呼ぶこととする。そして、このターゲットＦ－Ｖ特性式Ｆｔを要求伝達トルクＴｃｌに応じた押し力Ｐ０で割って摩擦係数μの次元にした特性式を図６（ｂ）に実線で示し、これをターゲットμ－Ｖ特性式μｔと呼ぶこととする。具体的な押し力Ｐ０の補正値ΔＰの算出方法及びΔＰによる補正については後述する。

ステップＳ６では、３－４変速において解放状態から締結状態に移行するハイクラッチ５０の差回転Ｖに対する摩擦係数μのμ－Ｖ特性式μｒを読み込む。ハイクラッチ５０の摩擦係数のμ－Ｖ特性式μｒは、例えば、図６（ａ）に破線で示すように、差回転Ｖが増大するときに摩擦係数μが減少する負勾配のμ－Ｖ特性を有する。ステップＳ６で読み込まれるハイクラッチ５０のμ－Ｖ特性式μｒは、例えば、差回転Ｖに関する一次式（μｒ＝－ｒＶ+ｓ）であってもよい（なお、ｒ及びｓは定数とする）。

ステップ７では、予めＴＣＭ２０２に備えられているターゲット摩擦係数のμ－Ｖ特性式μｔを読み込む。ターゲット摩擦係数のμ－Ｖ特性式μｔは、例えば、図６（ａ）に実線で示すように、差回転Ｖが増大するときに摩擦係数μも増大する正勾配のμ－Ｖ特性を有する。ステップＳ５で読み込まれるターゲット摩擦係数のμ－Ｖ特性式μｔは、例えば、差回転Ｖに関する一次式（μｔ＝ｔＶ＋ｕ）であってもよい（なお、ｔ及びｕは定数とする）。

ステップＳ８では、ステップＳ６及びステップＳ７で読み込んだハイクラッチ５０の摩擦係数のμ－Ｖ特性式μｒと、ターゲット摩擦係数のμ－Ｖ特性式μｔとから、ステップＳ５で算出した押し力Ｐ０の補正値ΔＰを算出する。

ここで、押し力Ｐ０の補正値ΔＰの算出方法の一例について、説明する。なお、要求伝達トルクＴｃｌは、摩擦締結要素の摩擦力Ｆと摩擦板の半径との積なので、以下の説明では、要求伝達トルクＴｃｌを摩擦力Ｆに置き換えて説明する。

目標の要求伝達トルク特性Ｔｃｌに対応した摩擦力Ｆの差回転Ｖに対する特性式としては、ジャダー振動を抑制するために、図６（ａ）実線で示すように、差回転Ｖが減少するときに摩擦力Ｆが減少する正勾配が好ましい。

よって、押し力Ｐ０を補正値ΔＰで補正する目的は、ハイクラッチ５０のＦ－Ｖ特性式を図６（ａ）に実線で示している、正勾配のターゲットＦ－Ｖ特性式Ｆｔ＝（ｔＶ＋ｕ）×Ｐ０と同じ特性にすることである。しかし、図６（ｂ）に破線で示すハイクラッチ５０の負勾配の摩擦係数のμ－Ｖ特性式μｒに、単純に押し力Ｐ０を掛けると、図６（ａ）に破線で示す負勾配のＦ－Ｖ特性式Ｆｒ＝（－ｒＶ＋ｓ）×Ｐ０になってしまう。そこで、Ｆ－Ｖ特性式Ｆｒの押し力Ｐ０をΔＰで補正することによって、すなわち、Ｆｒ＝（－ｒＶ＋ｓ）×（Ｐ０＋ΔＰ）とすることによって、Ｆ－Ｖ特性式が正勾配であるターゲットＦ－Ｖ特性式Ｆｔ＝（ｔＶ＋ｕ）×Ｐ０と同じ特性になるように補正を行う。その補正を実現するためのΔＰを算出するためには、（－ｒＶ＋ｓ）×（Ｐ０＋ΔＰ）＝（ｔＶ＋ｕ）×Ｐ０が成立するΔＰを求めればよい。すなわち、上記の式をΔＰについて整理した、ΔＰ＝（（ｔＶ＋ｕ）／（－ｒＶ＋ｓ）－１）×Ｐ０を求めればよい。

したがって、要求伝達トルクＴｃｌに対応した押し力Ｐ０にΔＰ＝（（ｔＶ＋ｕ）／（－ｒＶ＋ｓ）－１）×Ｐ０を加えることで、ハイクラッチ５０のＦ－Ｖ特性式を正勾配であるターゲットＦ－Ｖ特性式Ｆｔと同じ特性に補正することができる。

ステップＳ９では、ハイクラッチ５０にステップＳ８で算出した補正後の押し力Ｐ０＋ΔＰを供給する。

ステップＳ１０では、変速が完了したかどうかが判定される。ステップＳ１０で、変速が完了した場合は、フローを終了する。ステップＳ１０で、変速が完了していない場合は、フローをステップＳ３にリターンするとともに、押し力制御を繰り返す。なお、ステップＳ１０の変速完了の判定には、差回転Ｖ＝０かどうかで判定されてもよい。

以上のフローチャートについて、３－４変速において解放状態から締結状態に移行するハイクラッチ５０を例に挙げて説明したが、他の変速において解放状態から締結状態に移行する摩擦締結要素においても、必要に応じて同様の制御を行う。

以上の構成により、差回転Ｖの増大に伴って摩擦係数μが減少する負勾配のμ－Ｖ特性を有する高い摩擦係数の摩擦板を用いることで、各摩擦締結要素４０，５０，６０，７０，８０の押し力を低減することができる。これにより、押し力発生手段を駆動させるための駆動エネルギーを低減でき、燃費の向上や駆動源（エンジンやモータ等）の小型化ができる。

制御装置（押し力制御手段）２００は、摩擦締結要素の締結時に、摩擦締結要素の差回転の減少に伴って摩擦力Ｆが減少する正勾配の特性となるように、摩擦締結要素の押し力を制御するので、摩擦係数のμ－Ｖ特性が負勾配である摩擦材を用いた場合においても、ジャダー振動を抑制できる。

以上により、摩擦締結要素の制御装置２００において、摩擦締結要素の押し力の低減による燃費向上と、ジャダー振動の抑制との両立が図られる。

また、前述のように、押し力発生手段は、オイルポンプからピストンに供給される油圧を制御する制御弁を備えた摩擦締結要素の構成を有しているので、従来の自動変速機１の摩擦締結要素の構成を変更することなく、摩擦締結要素の押し力の低減による燃費の向上と、ジャダー振動の抑制とを両立できる。

また、前述のように、自動変速機１の入力部材としての入力軸２、及び、自動変速機１の出力部材４の回転数と、摩擦締結要素５０のギヤ比とから、摩擦締結要素５０の差回転Ｖを算出する。これにより、差回転Ｖを得るために、各摩擦締結要素５０の内側摩擦板５２、及び、外側摩擦板５４（あるいは、両摩擦板がそれぞれ係合される内側及び外側回転部材５１，５３）の各回転数を検出するためのセンサ等を備える必要がない。

また、前述のように、制御装置（押し力制御手段）２００は、締結力（摩擦力）Ｆを制御するための押し力を差回転Ｖに応じて補正するので、差回転Ｖに対する締結力（摩擦力）Ｆが正勾配となるように制御することができる。

また、前述のように、制御装置（押し力制御手段）２００は、摩擦締結要素５０の締結開始から締結完了までの間において実行されるので、解放状態から締結状態への移行時におけるジャダー振動が効果的に抑制できる。

図７に示すように、以上の構成による押し力制御によって、負勾配のμ－Ｖ特性を有する摩擦締結要素の締結時におけるジャダー振動が抑制されることを、コンピュータシミュレーションによって確認した。

図７には、負勾配のμ－Ｖ特性を有する摩擦締結要素の解放状態から締結状態に移行する場合における、摩擦締結要素の（ａ）トルク、（ｂ）押し力、及び、（ｃ）回転数の時間変化が示されている。図７（ａ）～（ｃ）の太線は、押し力制御を実施した場合のシミュレーション結果が示されており、細線は押し力制御を実施しない場合のシミュレーション結果が示されている。

押し力制御を実施しない場合、変速指令時点（締結開始時点）ｔ１において押し力Ｐは、要求伝達トルク（矢印ａ１）に応じた所定の値に立ち上げられるとともに一定値で制御される（矢印ａ２）。この場合、締結開始時点ｔ１から締結完了時点ｔ２に移行する間に、ジャダー振動が生じる結果となっている（矢印ａ３）。

一方、押し力制御を実施した場合、矢印ｂ１で示すように、変速指令時点ｔ１において、押し力Ｐは、要求伝達トルク（矢印ａ１）に応じた所定値Ｐを差回転Ｖに応じた補正値ΔＰで補正した値に立ち上げられる。その後、矢印ｂ２の差回転Ｖの減少に伴って、押し力Ｐの補正値ΔＰを減少させる押し力制御が行われている（矢印ｂ３）。これにより、図８（ｃ）に示すように、締結開始時点ｔ１から締結完了時点ｔ２に移行する間に生じるジャダー振動が抑制されている。

なお、本シミュレーションにおける初期値の一例として、１段変速における代表的な差回転である６００ｒｐｍを用いたものであるが、これ以外の回転数においても同様に押し力制御によって、ジャダー振動が抑制される。

本発明は、例示された実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計上の変更が可能である。

例えば、押し力発生手段の構成について、ピストン５５と、オイルポンプ６２と、オイルポンプ６２からピストン５５に供給される油圧を制御するソレノイドバルブ１０１とを備える構成について説明したが、図８に示すように、ピストン５５と、ピストン５５に油圧を供給する油圧シリンダ９３を電動モータ９１によって作動させる、いわゆる、電動油圧クラッチアクチュエータ式のピストンであってもよい。

具体的には、電動油圧クラッチアクチュエータ式のピストンは、ピストン５５と、モータ９１と、モータ９１の回転運動を直線運動に変換する変換装置９２と、油圧シリンダ９３と、油圧シリンダ９３と摩擦締結要素５０の油圧室５６とを接続する油路９４とを備える。

電動油圧クラッチアクチュエータ式のピストンは、モータ９１を駆動させることによって、変換装置９２と、変換装置９２に接続された油圧シリンダ９３のピストン９５とが直線運動する。これにより、油圧シリンダ９３の作動油が、油路９４を介して摩擦締結要素の油圧室５６に供給され、ピストン５５が摩擦板５２，５４を押圧する。

以上の構成によれば、例えば、オイルポンプによってオイルパンからオイルを供給する場合に比して、摩擦締結要素の応答速度を高めることができる。例えば、ジャダー振動の周波数は、約１０Ｈｚ～２０Ｈｚ程度（図７の矢印ａ３参照）であるので、応答速度を１００Ｈｚ以上に設定することで、ジャダー振動の周波数よりも十分に高い応答速度で押し力制御を実行できる。これにより、ジャダー振動がより効果的に抑制され得る。

なお、応答速度は、押し力発生手段が制御装置から所定の油圧供給指令を受けてから油圧を所定値に上昇させるとともに、ピストンが摩擦板を押圧するまでの時間としてもよい。

また、例えば、自動変速機に搭載される摩擦締結要素の制御装置について説明したが、摩擦締結要素は、例えば、４ＷＤ等に用いられる電磁クラッチに適用されてもよい。

以上のように、本発明によれば、摩擦締結要素の制御装置において、摩擦締結要素の押し力の低減による燃費向上と、ジャダー振動の抑制との両立を図ることができるので、摩擦締結要素の製造産業分野において好適に利用される可能性がある。

１ 自動変速機
２ 入力軸（自動変速機の入力部材）
４ 出力ギヤ（自動変速機の出力部材）
５０ 摩擦締結要素
５２ 出力側摩擦板
５４ 入力側摩擦板
５５ ピストン
６２ オイルポンプ
９１ 電動モータ
９３ 油圧シリンダ
１０１ ソレノイドバルブ（制御弁）
２００ 制御装置（押し力制御手段）
２１２ 出力回転数センサ（車速センサ）
２１４ 入力回転数センサ

Claims (7)

1. 入力側摩擦板と出力側摩擦板とを締結させるための押し力発生手段を備えた摩擦締結要素の制御装置であって、
   前記入力側摩擦板および前記出力側摩擦板は、前記摩擦締結要素の差回転が増大するときに摩擦係数が減少する負勾配となる特性を有するものであって、
   前記摩擦締結要素の締結時において、
   前記摩擦締結要素の差回転が減少するときに前記摩擦締結要素の摩擦力が減少する正勾配の特性となるように、前記摩擦締結要素の押し力を制御する押し力制御手段を備えることを特徴とする摩擦締結要素の制御装置。
2. 前記押し力発生手段は、ピストンと、オイルポンプと、前記オイルポンプから前記ピストンに供給される油圧を制御する制御弁と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の摩擦締結要素の制御装置。
3. 前記押し力発生手段は、ピストンと、前記ピストンに油圧を供給する油圧シリンダと、前記油圧シリンダを作動させる電動モータと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の摩擦締結要素の制御装置。
4. 前記摩擦締結要素は、自動変速機を構成し、
   前記自動変速機は、前記入力側摩擦板に連結された前記自動変速機の入力部材と、前記出力側摩擦板に連結された前記自動変速機の出力部材と、前記入力部材の回転数を検出する入力回転数検出手段と、前記出力部材の回転数を検出する出力回転数検出手段とを備え、
   前記押し力制御手段は、前記入力回転数検出手段と前記出力回転数検出手段とによって検出された入力回転数と、出力回転数とを換算することで差回転を算出することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の摩擦締結要素の制御装置。
5. 押し力制御手段は、押し力を前記摩擦締結要素の差回転に応じて補正することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の摩擦締結要素の制御装置。
6. 押し力制御手段は、締結開始から締結完了までの間において押し力の制御を実行することを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の摩擦締結要素の制御装置。
7. 入力側摩擦板と出力側摩擦板とを係合させるための押し力発生手段とを備えた摩擦締結要素の制御方法であって、
   前記入力側摩擦板および前記出力側摩擦板は、前記摩擦締結要素の差回転が増大するときに摩擦係数が減少する負勾配となる特性を有し、
   前記摩擦締結要素の締結時において、
   前記摩擦締結要素の押し力を制御する押し力制御手段は、前記摩擦締結要素の摩擦力が、前記摩擦締結要素の差回転が減少するときに摩擦力が減少する正勾配の特性となるように、前記摩擦締結要素の押し力を制御することを特徴とする摩擦締結要素の制御方法。

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