JPS60168923A - 自動車用自動変速機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、クラッチ操作と変速ギヤ比の選択にアクチュ
エータを用いた自動車用の自動変速機に係り、特に自動
車の発進時や加速時でのクラッチ接続が円滑で乗り心地
の良い運行が可能な自動変速機の制御装置に関する。

〔発明の背景〕

自動車用の自動変速機としては、特開昭５５−４０３６
７号公報にあるような流体接手と無段変速機として動作
する流体トルクコンバータと遊星歯車による変速装置と
を組合わせたものが、従来から主として使用されていた
。

しかしながら、流体トルクコンバータには特有の伝達損
失があり、自動車の燃比の低下や、トルクコンバータ自
身の発熱などの問題がある。

一方、従来から手動の変速機として広く用いられている
クラッチと変速装置との組合わせによるものは、伝達損
失がかなり少なく、省エネルギー面で有利なため、この
クラッチと変速装置とを組合わせた変速機を用いて自動
変速機を得る方法も従来から種々提案されている。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、流体トルクコンバータを用いず、クラッ
チと変速装置を用いながら変速動作が円滑で自動車の乗
り心地を良好に保つことができ、かつ省エネルギー面で
有利な自動変速機の制御装置を提供するにある。

〔発明の概要〕 この目的を達成するため、本発明は、エンジンの回転速
度をアクセルペダルによる制御系とは独立に設け、自動
変速機のクラッチ接続の制御に際してエンジンの回転速
度がアクセルペダルの操作量とは独立に、自動車の走行
条件によっても自動的に制御されるようにした点を特徴
とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明による自動車用自動変速機の制御装置につ
いて、図示の実施例を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すシステム図で、１はエ
ンジン、２はクラッチ、３は変速装置、４は駆動軸、５
はエアフローメータ、６は絞り弁（スロットルバルブ）
アクチュエータ、７はクラッチアクチュエータ、９は変
速選択アクチュエータ、１０は制御ユニット、１１はエ
ンジン回転速度センサ、１２は車速センサ、１３はアク
セルセンサ、Ｉ４はアクセルペダルの戻しバネである。

制御ユニット］、Ｏはエアフロメータ５がら俟えられる
エンジンの吸入空気流量と、回転速度センサ１１から与
えられるエンジン回転速度と、車速センサ１２から与え
られる自動車の走行速度、それにアクセルセンサ１３か
ら与えられるアクセルペダルの操作量（踏み込み量）な
どにより所定の計算を行ない、アクチュエータ６による
絞り弁の開度、燃料噴射弁７による燃料供給量、アクチ
ュエータ８によるクラッチ２のトルク伝達量、それにア
クチュエータ９による変速装置３の変速比の選択などを
行ない、アクセルペダルの操作量と自動車の走行条件に
応じてエンジンｌの回転速度と変速装置３の変速比とを
自動的に制御する。

アクチュエータ９による変速比の選択は、原則としてア
クチュエータ８によってクラッチ２を切った状態で行な
われるが、自動車発進時を除き、クラッチ２を切らずに
、つまりアクチュエータ８の制御を行なわないで選択す
ることもできる。

例えば、いま、自動車が発進して変速比が１速の状態で
走行中、制御ユニット１０が車速センサ１２からの信号
で車速が１速→２速への変速速度に達したことを知ると
、まずアクチュエータ９に信号を送り、変速装置３を１
速からニュートラルに戻す。ついて、制御ユニット１０
はアクチュエータ６に信号を送り、絞り弁の開度を調整
し、変速装置３の中の２速噛合部分での入力側の回転速
度（これはエンジンｌの回転速度と２速での変速比との
積で決まるから、センサ１１の信号から計算できる）と
出力側の回転速度（これは車速センサ１２の信号からめ
ている）とを一致させるようにし、これらが一致したと
きにアクチュエータ９を動作させ変速装置３をニュート
ラルから２速に選択させるのである。

しかして、自動車の発進時には、車速が零であり、従っ
て変速装置３の出力側の回転速度も零であるから、入力
側の回転速度も零にしなければならない。一方、エンジ
ン１はアイドル状態でも回転を続けさせておかなければ
ならないから、このときにはクラッチ２の制御が不可欠
で、停車するときも同様であり、このため自動車の発進
と停止時にはクラッチ２操作が必要になる。

なお、制御ユニット１０には運転者の意志の入力として
図示してないが、ドライブレンチ、ニュ−トラルレンジ
、パーキンゲレンデなどのセレクタ入力がある。

また、アクセルペダルには適当な強さの戻しバネ１４を
設け、運転者が操作しやすいように適度のふみごたえを
与えるようになっている。

第２図にはクラッチ２のアクチュエータ８による制御を
模式的に説明したものである。

エンジン１より入力軸２２にクラッチ２の出力軸２３を
ばね２４で接続する。このクラッチ出力軸２３はレバー
２５を介してクラッチアクチュエータ８により操作され
る。また、クラッチ出力軸２３は変速機入力軸２１とス
プライン結合されている。

自動車の発進時は、アクセルペダルを踏み込むことによ
り運転者の意志がセンサ１３がらの信号として制御ユニ
ット１０に入力される。ここで自動車を発進させるのに
必要なエンジンの発生トルクＴｅは ｎｅ Ｔａ＝Ｔ＋Ｔ　− ｔ ここで となる。

このため、絞り弁を開いてこのトルクＴｅを発生するた
めに、スロットルアクチュエータ６に信号を入力すると
ともに、クラッチアクチュエータ８にも信号を入力した
伝達トルクＴを発生させる。

この時のＴｅとＴの関係を第３図に示す。第３図のよう
にエンジンの発生トルクＴｅの変化に対して伝達トルク
Ｔの変化を追従させればスムーズな発進ができる。また
、Ｔｅの増加よりＴが大きくなるとエンジンの回転数が
低下して最悪の場合はエンストしてエンジンが停止する
。反対にＴｏの増加に対しＴの増加が少ない場合は、エ
ンジン回転数が異常に高くなり、クラッチ接合時に急発
進するといった不具合が発生する。なお、手動変速機の
場合は、この絞り弁の開き具合（Ｔｅの発生）とクラッ
チペダルの戻し具合（Ｔの発生）を運転者が感覚的に調
整して発進しているのである。

第４図にクラッチの接合面の押圧力Ｆと伝達トルクＴの
関係を示す。押圧力ＦとＴの関係はＴ＝ＫＦＡ ここにＦ：抑圧力 に：係数 Ａ：接触面積 である。一般にＴは Ｔ＝１．５Ｔｅ となっている。

第５図はクラッチアクチュエータ８のストロークＱと押
圧力Ｆの関係を示したものである。クラッチには完全に
フリーの状態を作るため一般にＱｏの遊びが設けである
。ストロークがＱｏより大きくなったとき始めてクラッ
チ面が接触して押圧力Ｆが発生し、Ｑｌで最大押圧力と
なる。なお、ＱＩ以上ではクラッチ面は完全に密着し、
その状態が保てるように余分にストロークが設けられて
いる。

第６図は本発明のクラッチアクチュエータの一実施例を
示したものである。

油圧切替弁１４には圧油ボートＰ、戻りボートＲおよび
シリンダポートＡ、Ｂがある。また、ソレノイド１７ａ
、１７ｂがある。いま、ソレノイド１７ａに信号が入力
されたとするとＰ−）Ａ、Ｂ→Ｒと圧油が流れ、ピスト
ン１５は右側に移動し。

クラッチレバ−１８を戻してクラッチ２が接合する。次
に、ソレノイド１７ｂに信号を入力するとＰ−）Ｂ、Ａ
−＋Ｒと圧油が流れてピストン１６は左側に移動し、ク
ラッチ２は開放される。このピストン１５の動きは位置
検出器１６で制御ユニット１０にフィードバックされピ
ストンの位置制御が行なわれる。

第７図は制御ユニット１０の一部でクラッチアクチュエ
ータ８の制御回路部を示したものである。

入力点から加算器１８にクラッチ操作信号が入力される
と位置検出器１６から与えられるフィードバック信号と
の偏差信号が出力される。この出力はコンパレータ１９
ａの一側と１９ｂの＋側に入力され、コンパレータ１９
ａの＋側、］９ｂの一側に設定されている信号とそれぞ
れ比較される。

いま、加算器１８の＋側の入力がフィードバック信号よ
り大きい場合は、コンパレータ１９ａがＯＮしてソレノ
イド１７　ａ　ｔｉ−ＯＮする。すると第６図のように
ピストン１５が右側に移動し、位置検出器１６の出力が
増加してピストンの位置が制御される。反対に、加算器
１８の＋側入力が小さくなるとコンパレータ１９ｂがＯ
ＮＬ、、ソレノイド１７ｂが作動し、ピストン１５は左
側に移動する。

第８図はコントローラＩＯの発進ルーチンの流れを示す
フローチャートである。運転者がドライブレンチを選定
してそれをＯＮさせ、スロワ・トルを踏込み、発進終了
フラグがＯＦＦで発進ルーチンフラッグがＯＮＬ、、発
進ルーチンに入る。スロットル踏込み速度が小さい場合
はエンジン回転数ｎ　ｅ　＝１００Ｏｒｐｍになるよう
絞り弁アクチユエータ６に制御信号を出力する。次にク
ラッチをＯＮする。クラッチＯＮでクラッチアクチュエ
ータ８は所定のパターンでクラッチ２を接続して行く。

ここでエンジン回転数の変化速度Ａｎｅが負であれば、
クラッチ２を切ってメーンルーチンに戻る。

メーンルーチンを１周して再度発進ルーチンを進み、Ａ
ｎａが正であれば車速ｎを判定し、１０Ｋｍ／ｈ以上で
発進終了フラグをＯＮしてメーンルーチンに戻る。

一方、スロットルの踏込み速度が大きい場合は急加速で
あるため、ｎ　ｅ　”１５００ｒｐｍとして同様に操作
し、ｎ≧１５Ｋｍ／ｈで発進終了となる。

このようにスロットルの踏込み速度により発進モードに
分けることにより運転者の意志を判定し。

それを反映した発進を行なわせることができる。

また、エンジン回転数の変化率Ａｎｅが負の場合は、伝
達トルクＴの変化がエンジン発生トルクＴｅより大きく
なっていることを意味するため、クラッチ２を切ってエ
ンジン発生トルクの増加を待つようにし、これによりエ
ンストや減速の発生が防止できる。

そして、車速ｎとエンジン回転数ｎｏが等しくなったと
きには、クラッチ２を完全に接合してもトルク変動の発
生はなくなるため、ｎとｎｅの一致で発進終了の判定を
行う。なお、実施例では１速の場合エンジン回転数１１
００Ｏｒｐで車速１０Ｋｍ／ｈとした。

一方、上り坂で車を発進する場合は、逆行を防止するた
め、ブレーキを踏んだまま発進操作を行なう。そこでこ
の場合には−、エンストを防止するため、アクセル踏込
み速度が小さくてもｎｅを１５０Ｏｒｐｍにする。従っ
て、ブレーキを踏み続けていればｎａが１５０ｏｒｐｍ
になってからクラッチが接続され、その後、ブレーキを
戻したときにも後退することなく発進できる。

第９図は本発明におけるスロットルアクチュエータの一
実施例である。

制御ユニット１０より入力点ａに入力信号が入力される
と、加算器３０の出力が増加し、コンパレータ３１ａが
動作し、モータ３３が絞り弁３４を開く方向に回動させ
る。この絞り弁３４の開度は開度検出器３５によって検
出され、それが、加算器３０の入力にフィードバックさ
れることにより絞り弁の開度が正確に制御される。そし
て、入力点ａの信号が低下すると加算器３０の出力も小
さくなり、コンパレータ３１ｂが動作してモータ３３を
絞り弁３４が閉じる方向に動作させる。

第１０図はコンパレータ３１ａ、３１ｂの動作を示した
もので、加算器３０の出力がある値以上になったときコ
ンパレータ３１ａがＯＮＬ、、ある値以下になったとき
にはコンパレータ３１ｂがＯＮする。なお１図のように
コンパレータ３１ａと３１ｂの動作点には不感帯が設け
られており、これによりモータ３３のハンチングを防止
している。

第１１図はエンジン回転数ｎＱと発生トルクＴｅの関係
を絞り弁開度０をパラメータにして示したものである。

絞り弁開度θが一定であれば、発生トルクはエンジン転
数の増加につれて低下してくる。これはエンジン回転数
の上昇により燃焼時間や燃焼によるシリンダ内圧がピス
トンに作用する時間が短くなるためである。なお、走行
負荷を一点破線で示しである。

いま、Ｔ６がθ＝６０”でそのときの走行負荷に対して
満足すべき加速が行なえるとした場合を想定し、θ＝６
０°に絞り弁を開き一定開度で加速した場合（従来の加
速方法）と１本発明の実施例における加速方法による場
合との特性の違いを第１２図に示す。第１３図において
一点鎖線で示す従来方法は、アクセル開度と絞り弁開度
を同じようにしているため、第１１図に示すようにエン
ジン回転数が低いときは発生トルクが大きくなるという
エンジンの特性のため、加速度Ｇが大きいがエンジン回
転数の増加と共に低下してしまう。

しかし１本発明の実施例では、加速度Ｇを加速期間中は
ぼ一定に保てるため加速度の変化を小さくしてても加速
時間は同じにでき、かつ、この結果、加速度の変化が滑
らかになるため、乗心地よく加速できる。そして、この
ように加速度を一定にして加速することは、第１１図に
破線で示すように、発生トルクと車速による走行負荷と
の差が一定になるように絞り弁を開いてゆくことにより
達成できる。また、このときに要求されている加速度Ｇ
の大きさはアクセル開度の変化量を調べ、それに比例し
て決定することにより容易に達成される。

第１３図は全開加速時の伝達トルクの変化を示したもの
である。一点鎖線で示す従来装置では低速時急激なトル
ク変化があるため、ドライブシャフトやエンジン自体の
振動によりトルクが大きく変動する。そのためドライブ
シャフトの剛性の向上やエンジンマウントの強化が必要
である。特に前軸駆動車の場合は横置エンジンのため、
加速時の振動が大きくなる。そのため、本発明の一実施
例では、第１４図に示すように、空燃比を加速期間の一
時期大きくして、滑らかな加速が得られるようにした。

第１４図において従来装置では、一点１１４線で示すよ
うに出力空燃比を１２にしたままで加速しているが、一
方、本発明の実施例では。

実線で示すように加速の初期は空燃比１２にするが初期
での加速及び得られる伝達トルクが発生したらそれ以後
、−迂空燃比を１４．７に戻し再度空燃比が１２になる
ように空燃比を小さくして行く。

との空燃比を１４．７に戻している時期は、スロットル
の全開信号とスロットルの変化率により決定し、第１１
図の発生トルクと走行負荷が設定値内になった所で出力
空燃比を１２に戻すことにより達成できるにれを第１５
図に示す特性図によって説明すると、スロットル変化率
が設定値以上でスロツル関度が全開になると空燃比を１
４．７にする。そして１発生トルク（ＷＯＴの値）と走
行負荷（車速より計算）の差が設定値以下になった所で
空燃比を１２に戻す。

このようにすることによりエンジンのマウンｌ〜が容易
となりエンジン振動の車体への伝送が少なくなり、自動
車全体のプ動が小さくできる。また、ドライブシャフト
などの剛性を小さくすることができ、自動車重量の軽減
にも役立つ。

次に第１６図及び第１７図は、変速時における制御法の
説明図で、制御ユニット１０はその中に設定された第１
７図のテーブル（図中２→３の記号は、２速から３速に
歯車を切り換えることを示す）に基づいて、エアフロー
メータ５からの空気流量（又は、スロットル弁開度）と
車速センサ１２からの車速データにより、変速点である
か否かの判定を行う。変速点であると判断された場合に
は、制御ユニット１０の信号により、クラッチアクチュ
エータ８が動作し、クラッチ２がまず切られる。このと
き、エンジンの回転数が無負荷になったことにより上昇
しようとするので、制御ユニットＩＯは同時に絞り弁の
アクチュエータ６を制御し、エンジン回転数の調整を行
なうが、これについては後述する。こうして、クラッチ
が完全に切られたことをピストン１５またはクラッチレ
バ−に取り付けられたマイクロスイッチ（図示せず）に
より確認後、制御ユニツ１−１０の信号により変速アク
チュエータ９を介して歯車の切り換えを行う。なお、変
速アクチュエータ９は、第６図と同称に、油圧切り換え
弁５４、油圧ビス１ヘン５３によりレバー５５を介して
、スリーブ５２を左右に移動させて歯車を切り換えるも
のである。

歯車の切り換え終了を油圧ピストン５３、レバー５５に
取り付けられたマイクロスイッチ（図示せず）により確
認後、歯車切り換え前後の変速機出力軸回転時、つまり
車速に変化が起らぬように、絞り弁６の開度を制御ユニ
ット１０の信号によりスロットルアクチュエータ６を介
して、エンジン回転数を調整する。具体的には、 ＩＮＴ　Ｚｘ・Ｎ６１≦ΔＮ　・・・（１）ここで、Ｎ
ｏ；歯車切り換え前の変速機出力軸回転数 ｚ２　；歯車切り換え後の変速機の減速比 ＮＥ　；エンジン回転数 となるように、エンジン回転数Ｎ２を制御する。

そして、（１）式が成立するエンジン回転数になってい
ることを確認後、クラッチ２を接続する。

このようにすれば、クラッチ接続時、車速が急激に変化
することがなく変速ショックを避けることができる。

なお１以上の処理をフローチャートで示すと第１８図の
ようになる。

ところで、（１）式のＡＮは、アクセルペダル開度の時
間変化によって変化させても良い。即ち。

アクセルペダルを急開閉するような急加減速操作時には
、ＡＮの値を大としてエンジン回転数調整時間を短くし
、す竿くクラッチを接続し、この結果、変速ショックは
大となるが変速に要する時間を短くシ、運転者の意図に
対応できるようにするのである。

絞り弁アクチユエータの一実施例を第１９図に示す。こ
の実施例は、吸気管を平行する２つの通路で構成し、一
方には、アクセルペダル２５と機械的に連動する絞り弁
５６を設け、他方には、制御ユニット１０の信号により
アクチュエータ６を介して駆動される絞り弁５７を設け
る。運転者は、絞り弁５６により、自由に吸入空気流量
を制御でき、アクセルペダルを強くふみこめ、ば、安全
上欠かせない急加速もできる。この場合、変速時のエン
ジン回転数調整において、コントローラ１ｏで駆動され
る絞り弁５７による調整範囲を越えた場合、即ち、絞り
弁５７が全開、全開となった場合には、第１８図におい
て、そのステップ６２がら直ちにステップ６５に移るよ
うにする。

なお、既に説明したように、変速比の切り換えを車速と
エンジン回転数の調整だけでクラッチ２の操作を行なわ
ないで行なうようにしてもよい。

また１以上の実施例では、エンジン回転数の制御を絞り
弁の開度制御によっているが、本発明はこれに限らず実
施可能で、例えば、空燃比、点火時期などの制御を用い
るようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、クラッチと変速
装置を組合わせた自動変速機における自動車発進時や走
行中での変速動作を充分に円滑に行なうことができるか
ら、従来技術の欠点を除き、駆動力伝達効率が高く燃比
に優れているというクラッチと変速装置からなる自動変
速機の利点を充分に活かしながら乗心地がよく、しかも
充分に運転者の意志を反映した走行パターンを得ること
ができる自動変速機の制御装置を容易に提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による自動車用自動変速機の制御装置の
一実施例を示すシステム図、第２図は自動変速機におけ
るクラッチ操作の説明図、第３図はエンジンの発生トル
クとクラッチによる伝達トルクの関係を示す特性図、第
４図及び第５図はクラッチの特性図、第６図は本発明に
おけるクラッチアクチュエータの一実施例を示す説明図
、第７図は同じくクラッチアクチュエータの駆動回路の
一実施例を示す回路図、第８図は自動車発進時における
本発明の一実施例の動作を示すフローチャート、第９図
は本発明における絞り弁アクチユエータの駆動回路の一
実施例を示ず回路図、第１０図はその動作説明用の特性
図、第１１図はエンジンの発生トルクと回転数の関係の
一例を示す特性図、第１２図は動作説明用の特性図、第
１３図。 第１４図それに第１５図は自動車加速時でのエンジンの
空燃比を説明するための特性図、第１６図は本発明の一
実施例における変速装置切換動作の説明図、第１７図は
同じく特性図、第１８図は本発明の一実施例における変
速時の制御を説明するためのフローチャート、第１９図
は本発明における絞り弁機構の一実施例を示す説明図で
ある。 １・・・エンジン、２・・・クラッチ、３・・・変速装
置、４・・・駆動軸、５・・・エアフローメータ、６・
・・絞り弁アクチユエータ、７・・・燃料噴射弁、８・
・・クラッチアクチュエータ、９・・・変速用アクチュ
エータ、１゜・・・制御ユニッ１〜．１１・・・回転速
度センサ、１２・・・第１国 毛２ｍ ｈつ 第３０ 時間　− Ｆノ もｑｍ も８０ 桔９０ も１０ｍ カ「蔓奨５ｏの出力Ｖ 処１１閏 も１２０ も１３０ ｏ　ｅ＋−閉　を 第１５０ 行間を 先１６図 宅１四図 叉倖色吊′ｎ甲山回私弘 も１汗

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、クラッチ操作用アクチュエータと、変速ギヤ比選択
   用のアクチュエータとを備え、車速に応じて変速ギヤ比
   の選択を自動的に行なう方式の自動車用自動変速機にお
   すい、アクセルペダルによるエンジン回転速度制御系と
   独立してエンジンの回転速度を制御するアクチュエータ
   手段を設け、クラッチ接続時におけるエンジンの回転速
   度を所定の条件に応じて自動的に制御するように構成し
   たことを特徴とする自動車用自動変速機の制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記所定の条件が
   、自動車発進時でのアクセルペダルの操作量及び操作速
   度のいずれか一方で決まるように構成したことを特徴と
   する自動車用自動変速機の制御装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、上記所定の条件が
   、自動車発進時でアクセルペダルが操作されたときのブ
   レーキ操作の有無で決まるように構成したことを特徴と
   する自動車用自動変速機の制御装置。 ４、特許請求の範囲第１項において、クラッチ接続時で
   のクラッチによる伝達トルクに対してエンジンの発生ト
   ルクの方が常に所定値だけ大となるに、上記クラッチ操
   作用アクチュエータと、エンジンの回転速度を制御する
   アクチュエータ手段の制御を行なうように構成したこと
   を特徴とする自動車用自動変速機の制御装置。