KR100504061B1 - 자동 변속기의 클러치 유압의 제어 장치와 제어 방법 - Google Patents

자동 변속기의 클러치 유압의 제어 장치와 제어 방법 Download PDF

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가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
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Abstract

자동 변속기의 제어 장치는 엔진 출력에 결합되는 자동 변속기에 있어서의 적어도 하나의 클러치의 결합 또는 해방을 유압에 의해 제어하여 변속을 행하는 것으로서, 엔진의 부하를 대표하는 매개 변수와 엔진의 회전수에 기초해서 엔진의 출력 토크가 연산된다. 또, 적어도 연산된 엔진 출력 토크와 엔진 회전수로부터 클러치에 요구되는 전달 토크가 연산된다. 그리고, 연산된 전달 토크의 값에 따라서 클러치에 작용하는 유압의 지령값이 결정된다.

Description

자동 변속기의 클러치 유압의 제어 장치와 제어 방법 {Apparatus and method for controlling clutch oil pressure of automatic transmission}
본 발명은 자동차에 사용되는 자동 변속기의 제어 기술에 관한 것으로, 특히 변속시에 작용시키는 클러치의 작용 유압을 전자적으로 제어하는 기술에 관한 것이다.
자동 변속기는 일반적으로 엔진의 출력축과 결합된 토크 변환기와, 토크 변환기의 출력축에 결합된 복수의 변속비를 갖는 변속기와, 변속기의 변속 동작시에 작동하는 적어도 두개의 클러치를 포함한다. 자동 변속기에 사용되는 클러치는 일반적으로 다판 클러치가 사용되는 경우가 많다. 변속 동작은 한 쪽 클러치가 해방이 되고, 다른 쪽 클러치가 결합이 되는 동안에 행해진다. 클러치는 일반적으로 유압으로 구동된다. 결합측 클러치의 작용 유압이 변하면 그 전달 토크가 변경되므로 클러치의 유압 제어는 중요하다.
전자 제어 기술에 의해 클러치의 작용 유압을 제어하여 클러치의 해방과 결합을 행하는 자동 변속기 제어가 미국 특허 제4,922,424호에 기재되어 있다. 이 미국 특허에 따르면, 시프트 업시의 결합측 클러치와 시프트 다운시의 해방측 클러치의 작용 유압을 제어하기 위한 제어값을 엔진 회전수와, 터빈 회전수와, 토크 변환기의 펌프 용량 계수의 값에 기초해서 소정의 함수식을 연산하여 구하는 것이 제시되어 있다. 엔진 회전수는 토크 변환기의 입력축 회전수이고, 터빈 회전수는 토크 변환기의 출력축 회전수이고, 펌프 용량 계수는 토크 변환기의 특성에 의해 결정된다. 이 미국 특허의 제어 기술을 사용하면, 자동 변속기의 장기 사용에 따른 성능 변화가 발생하더라도 정확하고 또한 확실하게 클러치의 작용 유압이 제어되고, 클러치의 전달 토크를 자동차의 운전 상태에 맞춰서 최적으로 제어할 수 있다.
도12a는 종래의 기술에 의한 자동 변속기에 있어서의 자동 변속의 유압 클러치의 제어 동작을 설명하는 신호 다이어그램이다. 운전자가 액셀 페달을 답입하여 소망하는 순항 속도에 이른 후, 도12a의 (a)의 실선으로 도시한 바와 같이 액셀 답입량을 일정하게 유지했다고 하자. 그 동안에 차속과, 액셀 페달 답입량 또는 드로틀 개방도로 결정되는 변속 특성에 따라서 변속 지령(도12a의 (b))이 발생된다. 자동 변속기는 예를 들어 도12b에 도시한 바와 같은 변속 특성을 갖는다. 1→2로 표시한 곡선이 1속에서 2속으로의 변속 지령의 발생 위치이고, 마찬가지로 2속에서 3속 및 3속에서 4속으로의 시프트 업 지령 곡선이 각각 도시되어 있다. 시프트 다운 지령 곡선은 생략되어 있다.
시각(t1)에서 2속으로부터 3속으로의 변속 지령(도12a의 (b))의 발생에 따라서 오일 펌프로부터의 해방측 클러치에 제공되는 해방측 유압(도시 생략)은 저하하고, 그와 동시에 결합측 클러치에 제공되는 결합측 유압(도12a의 (f))은 상승한다. 이 결합측 유압(f)은 결합측 유압 지령값(도12a의 (e))에 따라서 유압계에서 발생된다. 시각(t2)에서 결합측 유압(f)이 충분히 상승하면 변속 동작이 개시된다. 시각 t2에서 t5까지의 기간이 목표 변속 시간이고, 이 기간내에 변속 동작을 완료하는 것이 요구된다.
앞서 설명한 종래의 기술에 의하면, 도12a의 실선 곡선의 경우와 같이 변속 동작중에 액셀 페달의 답입량이 일정하게 유지되고 있는 경우에는 2속에서 3속으로의 변속 동작은 목표 시간(t5)에서 완료되고, 그 시점에서 터빈 회전수(도12a의 (c))가 저하한다. 그러나, 변속 동작 과정에서 액셀 페달을 시각(t3)에서 더욱 답입하여 가속 상태가 되는 경우에는 파선으로 도시한 바와 같이 변속 기간이 목표 시간을 초과하고 변속 완료가 시각(t6)으로까지 연장된다. 이것은 클러치의 마모나 파손의 원인이 되고, 자동 변속기의 변속 성능의 저하를 초래하므로 바람직하지 않다.
본원 발명자는 이 변속 동작의 지연의 원인이 유압계의 응답 지연에 기인하는 것을 발견하고, 유압계의 응답 지연이 있더라도 변속 동작의 완료 시간을 늦어지지 않도록 할 수 있는 신규의 자동 변속기의 제어 기술을 개발했다.
종래의 기술에 의하면, 결합측 유압 지령값(도12a의 (e))은 도12a의 (d)에 도시한 토크 변환기의 실제 터빈 토크(토크 변환기의 출력축 토크)의 값에 따라서 클러치의 요구 전달 토크가 결정되고, 그리고 전달 토크의 값에 따른 유압 지령값이 결정된다. 액셀 페달의 답입량이 일정하면 클러치의 요구 전달 토크의 변경은 없으므로, 유압계에 있어서 유압 지령값이 제공된 후 실제로 지령값의 유압이 되기까지의 응답 지연(t1에서 t2 까지의 기간)이 있더라도 목표 시간 내에 실제의 유압이 유압 지령값에 수속된다.
그러나, 가속 동작에 의해 엔진 토크(부하)가 증대함에 따라서 터빈 토크도 증가하므로, 증가하는 클러치의 요구 전달 토크에 대응한 유압 지령값의 변경이 행해진다. 그러나, 가속 조작(액셀 페달 조작)과 실제의 엔진 토크 변화까지는 시간 지연이 있고, 또 유압계의 응답 지연에 의해 실제의 유압은 증가한 터빈 토크에 기초해서 결정한 새로운 유압 지령값에 즉시 추종하지는 않는다. 터빈 토크가 증대하고 있음에도 불구하고 유압이 충분히 상승하지 않으면, 클러치의 전달 토크가 부족하여 불필요한 클러치의 미끄럼이 발생한다. 이로 인해, 도12a의 점선으로 도시한 바와 같이 변속 시간의 증대와 클러치의 마모를 일으킨다.
본 발명에 의한 자동 변속기의 유압 제어 장치는 엔진 출력에 결합되는 자동 변속기에 있어서의 적어도 하나의 클러치의 결합 또는 해방을 유압에 의해 제어하여 변속을 행하는 것으로서, 엔진의 부하를 대표하는 매개 변수와 엔진의 회전수에 기초해서 엔진의 출력 토크가 연산된다. 또, 적어도 연산된 엔진 출력 토크와 엔진 회전수로부터 클러치에 요구되는 전달 토크가 연산된다. 그리고, 연산된 전달 토크의 값에 따라서 클러치에 작용하는 유압의 지령값이 결정된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 엔진의 부하를 대표하는 매개 변수는 예를 들어 엔진의 흡입 공기량, 드로틀 개방도, 연료 분사 펄스폭, 기본 연료 분사량 중 어느 하나 또는 이들 매개 변수의 조합이라도 상관없다. 이들 매개 변수는 액셀 페달의 조작으로부터 시간 지연을 거의 무시할 수 있을 정도로 짧게 검출할 수 있다. 따라서, 변속 지령이 발생한 후에 가속 조작이 행해지더라도 터빈 토크(엔진 토크)의 증가를 기다리지 않고 바로 액셀 페달의 답입량에 따른 클러치의 유압 지령값이 결정되므로, 실제의 작용 유압을 변경하는 시간을 짧게 할 수 있으며 유압계의 응답 지연을 보상할 수 있다.
본 발명에 의하면, 변속중에 실제의 엔진 토크가 급변한 경우라도 클러치에 작용하는 유압을 응답좋고 정확하게 설정하여 변속 특성을 만족시키는 동시에 미끄럼에 의한 클러치의 파손을 방지할 수 있다.
자동 변속기의 소형화, 경량화 및 제어 성능의 향상면에서 일방향 클러치를 제거하고, 또한 전기적으로 클러치 작용 유압을 직접 제어하여 클러치의 해방 및 결합을 실행하는 변속기 제어 시스템의 확립이 중요해지고 있다. 이와 같은 시스템에서는 클러치 작용 유압을 정밀도 높게 제어하여 변속중의 토크 변동(쇼크)을 억제하는 것이 불가결하다. 그에 따라, 자동 변속기의 열화가 발생한 경우라도 정확하고 또한 지연없이 클러치 작용 유압이 결정되고, 클러치의 전달 토크를 운전 상태에 맞춰서 최적으로 제어할 수 있는 것이 요구된다. 본 발명에 의한 자동 변속기의 제어 시스템은 상기 요구를 만족시킨다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도1은 본 발명의 일 실시예이다. 도2는 본 발명의 상세한 블록도이다. 도1에 있어서, 엔진(1)은 본 실시예에 있어서는 4기통 엔진이다. 이 엔진(1)에는 점화 장치(2)가 설치되어 있다. 점화 장치(2)는 엔진(1)의 기통수에 대응하여 4개의 점화 플러그(3)를 구비하고 있다. 엔진(1)에 공기를 취입하기 위한 흡기관(4)에는 이곳을 통과하는 공기의 유량을 조절하는 전자 제어 드로틀(5), 연료를 분사하는 연료 분사 장치(6) 및 공기 유량계(엔진 부하 검출 수단)(7)가 설치되어 있다. 연료 분사 장치(6)는 엔진(1)의 기통수에 대응하여 4개의 연료 분사 밸브(8)를 구비하고 있다. 또, 분사 밸브(8)로부터 엔진(1) 내의 실린더(도시 생략)에 직접 연료를 불어 넣어도 된다. 전자 제어 드로틀(5)이라 함은 액튜에이터(9)로 드로틀 밸브(10)를 구동하여 공기 유량을 제어하는 것이다. 또, 통상의 자동차에서는 드로틀 밸브(10)와 액셀 페달(60)이 기계식 와이어(도시 생략)로 연결되어 있고, 1 대 1로 동작한다.
엔진(1)의 크랭크축(11)에는 플라이 휘일(12)이 부착되어 있다. 플라이 휘일(12)에는 크랭크축(11)의 회전수, 즉 엔진 회전수(Ne)를 검출하는 엔진 회전수 센서(13)가 부착되어 있다. 이 플라이 휘일(12)과 직결되어 있는 토크 변환기(14)는 펌프(15), 터빈(16) 및 스테이터(17)로 구성되어 있다. 터빈(16)의 출력축, 즉 변속기의 입력축(18)은 유단식 변속기(19)와 직결되어 있다. 여기에서는 2개의 마찰 결합 장치(22, 23)를 결합, 해방함으로써 변속이 실행되는, 소위 클러치·투우·클러치의 변속기(19)를 예로 해서 설명한다. 변속기 입력축(18)에는 변속기 입력축 회전수(터빈 회전수)(Nt)를 측정하는 변속기 입력축 회전수 검출 유닛(20) 및 변속기 입력축 토크(터빈 토크)(Tt)를 측정하는 변속기 입력축 토크 센서(33)가 부착되어 있다. 변속기(19)는 유성 기어(21), 마찰 결합 장치(22, 23)로 구성되고, 상기 마찰 결합 장치(22, 23)를 결합, 해방함으로써 기어(21)의 기어비가 변화하여 변속이 실행된다. 이들 마찰 결합 장치(22, 23)는 각각 스풀 밸브(26, 27) 및 선형 솔레노이드(28, 29)(조압 장치)에 의해 제어된다. 또, 변속기(19)는 출력축(24)과 연결되어 있고, 축(24)의 회전수를 검출하는 변속기 출력축 회전수 센서(25), 소위 차속 센서(25)가 부착되어 있다. 이들 부품으로 자동 변속기(30)가 구성되어 있다.
이상 설명한 엔진(1) 및 자동 변속기(30)의 구동을 위한 액튜에이터는 제어 제어기(31)에 의해 제어된다. 제어 제어기(31)에는 드로틀 개방도(θ), 변속기 입력축 회전수(Nt), 엔진 회전수(Ne), 변속기 출력축 회전수(No), 변속기 오일 온도(Toil), 액셀 페달 답입량(α), 가속도 센서 신호(G), 흡입 공기량(Qa), 변속기 입력축 토크(To) 등이 입력되어 제어에 사용된다. 제어 제어기(31) 내의 엔진 토크 제어 유닛(32)은 전자 제어 드로틀(5), 연료 분사 장치(6) 및 점화 장치(2)로의 제어 신호를 출력한다. 제어 제어기(31)는 MPU와 메모리 및 A/D 변환기, D/A 변환기 및 외부와의 사이에서의 신호의 입출력을 행하는 인터페이스(모두 도시 생략)를 포함한다. 메모리는 반도체 메모리 또는 다른 형태의 기록 매체라도 되고, 엔진의 제어 프로그램과 자동 변속기의 제어 프로그램을 격납하는 영역과, 데이터의 연산 처리를 위한 데이터 영역을 갖는다. 엔진 토크 제어 유닛(32)과 유압 연산부(35)에서 개별의 MPU를 사용해도 되고, 공통의 MPU를 사용할 수도 있다.
다음에, 도1 및 도2에 기재한 제어 블록도의 내용에 대하여 도3, 도4, 도5, 도6 및 도7을 참조하여 설명한다. 도2는 도1에 도시한 제어 시스템 중 유압 제어와 엔진 제어에 관련되는 부분의 상세한 블록도이다. 도3은 본 발명의 실시예의 제어 장치를 사용한 경우의 2-3 변속 특성, 도4는 견해를 달리한 2-3 변속 특성, 도5는 엔진 토크 특성의 일예, 도6은 메모리에 데이터 맵의 형태로 격납된 토크 변환기의 특성, 도7은 전달 토크와 클러치 유압 지령값의 관계이다. 여기에서는 시프트 업시의 결합측 클러치의 작용 유압의 제어 방법에 대하여 기술한다. 제어 제어기(31) 내에서는 우선 입력축 회전수(Nt)와 출력축 회전수(No)가 회전비 연산부(34)에 입력되어 변속기(19)의 회전비(gr), 소위 기어비가 연산된다. 또, 입력축 회전수(Nt), 엔진 회전수(Ne)가 펌프 용량 계수 연산부(35) 및 토크비 연산부(36)에 입력된다. 계수 연산부(35)에서는 입력축 회전수(Nt), 엔진 회전수(Ne)로부터 결정되는 속도비(Nt/Ne)에 의해 펌프 용량 계수(G)(도6)가 연산된다. 마찬가지로, 토크비 연산부(36)에서도 속도비(Nt/Ne)에 의해 토크비(tr)(도6)가 연산된다. 다음에, 공기 유량계(엔진 부하 검출)(7)에서 검출된 흡입 공기량(Qa), 엔진 회전수(Ne) 및 토크비(tr)가 터빈 토크 연산부(37)에 입력되고, 도5에 도시한 엔진 토크 특성으로부터 구해지는 엔진 토크(Te)와 토크비(tr)를 사용하여 터빈 토크(Tt)가 연산된다. 도5의 엔진 토크 특성은 데이터 맵으로 해서 메모리에 미리 격납되어 있다. 이 터빈 토크(Tt) 및 터빈 회전수(Nt)가 전달 토크 연산부(38)에 입력되고, 수학식 1에 의해 전달 토크(Tc)가 연산된다.
It : 엔진, 토크 변환기 관성 모멘트
Cd : 점성 저항 계수
Tc : 전달 토크
그리고, 전달 토크(Tc)가 유압 지령값 연산부(39)에 입력되고, 수학식 2를 사용함으로써 클러치에 공급하는 유압을 제어하는 유압 지령값(Pt)이 연산된다.
μ : 클러치 마찰 계수
R : 클러치 유효 반경
N : 클러치 계수
A : 클러치 피스톤 수압 면적
F : 클러치 반력
또, 수학식 2는 도7과 같이 나타낼 수 있고, 변속 초기(토크상 내지 이너셔상 초기)를 포함하는 이너셔상의 유압 지령값(Pt)은 횡축(Tt, Nt)의 함수(f)로 나타낼 수 있다. 즉, 상기 두개의 식의 변속기 특성(It, Cd 등)을 미리 실험적으로 취득하고, 그 값을 메모리에 기억해 두는 메모리 내의 특성을 독출하여 수학식 2를 연산함으로써 유압 지령값(Pt)이 구해진다. 엔진 부하를 나타내는 매개 변수로서 본 발명에 적용 가능한 신호에는 흡입 공기량(Qa) 이외에 드로틀 개방도 신호, 연료 분사 펄스폭 신호, 기본 연료 분사량 중 어느 하나 또는 그들의 조합을 예로 들 수 있다.
상기 내용을 실행한 경우의 예를 도3을 참조하여 설명한다. 도3에 있어서, 실선은 액셀 페달을 일정하게 유지한 경우의 변속 특성, 파선은 변속중에 액셀 페달을 답입한, 즉 엔진 토크가 증대한 경우의 변속 특성이다. 종축의 상방이 각 매개 변수의 값이 증가하는 방향이다. 변속은 변속 지령 신호의 발생에 따라서 해방측 클러치에 공급되는 해방측 유압(도시 생략)을 저하시키고, 동시에 결합측 클러치에 공급되는 결합측 유압을 상승시킴으로써 실행된다. 이 결합측 유압은 결합측 유압 지령값에 의해 제어된다. 본 발명의 실시예에서는 결합측 유압 지령값을 흡입 공기량(Qa)에 기초해서 결정된 전달 토크(Tc)의 값에 따라서 설정한다.
또, 클러치 보호면에서 변속중에 클러치에 대한 급격한 토크 변화를 회피하기 위해 엔진 토크를 일시적으로 저하시키고, 변속 시간을 일정 소정값 이하로 설정하고 있다. 실제로 변속이 개시되었는지의 여부의 인식은 변속기 입출력축 회전비(gr)의 값이 변화한 것을 검출하여 행한다. 변속 개시후, 검은 원 a에서 b 기간의 엔진 토크 저감 제어가 실행된다. 따라서, 변속중의 변속기 출력축 토크가 원활한 특성을 나타내고 있다. 여기에서는 점화 시기를 기준 점화 시기보다 지연시킴으로써 엔진 토크 저하를 실현하고 있다. 엔진 토크의 저감 방법은 그 밖에 연료량 절감, 공연비 제어 및 공기량 제어를 실행해도 된다.
도2에 있어서 점화 시기 제어에 관해서는, 보다 일시적인 엔진 토크 저감은 예를 들어 U.S.P. No.5,573,476에 기재된 방법을 이용할 수 있다. 단, 공연비의 값이 큰 영역에서 운전되는, 소위 통내 분사 엔진을 포함하는 린번 엔진으로 점화 시기 지연 제어를 실행하면 실화가 발생하여 목적으로 하는 토크 저감 제어가 곤란하므로, 그 대신에 연료량 제어(공연비 제어) 또는 공기량 제어를 이용한다.
다음에, 파선으로 도시한 가속 조작을 행한 경우에 대하여 설명한다. 변속중인 검은 원(c)의 시점에서 액셀 페달이 조작된 경우는 엔진 토크의 상승에 따라서 결합측 유압을 상승시켜 클러치의 전달 토크를 증가시킬 필요가 있다. 그러나, 결합측 지령값이 선형 솔레노이드(28, 29)에 제공된 후 실제로 클러치에 공급되는 결합측 유압이 지령값과 동일해지기까지는 지연이 있다. 따라서, 종래의 기술과 같이 토크 변환기 특성과 실제의 토크 변환기 속도비 등으로부터 구해지는 토크, 또는 토크 센서에 의한 토크 등을 사용하여 유압 지령값을 결정한 경우는 엔진 토크의 상승에 대하여 실제의 결합측 유압이 지연되므로, 클러치가 미끄러지는 등의 문제가 발생한다.
그래서, 본 발명과 같이 엔진 부하에 대응하는 제어 매개 변수(Q)를 기초로 해서 구한 전달 토크를 사용하여 결합측 유압 지령값을 결정하는 방식에서는 액셀 페달의 조작(f)과 거의 동시에 결합측 유압 지령값(I)이 변화(검은 원 c)하여 엔진 토크의 변화(검은 원 d) 보다도 빨리 실제로 클러치에 공급되는 결합측 유압(m)을 상승시키는 것이 가능해진다. 따라서, 변속이 검은 원(e) 부근에서 종료하고, 또 액셀 페달 조작시의 변속기 출력축 토크(o)가 운전자의 의도대로 변화한다. 동시에 점화 시기(n) 지연도 검은 원(e)의 점에서 종료한다.
상기와 같이 엔진 부하를 나타내는 제어 매개 변수를 사용한 유압 지령값의 설정은 유압 제어 응답성 면에서는 우수하다. 다음에, 터빈 토크(Tt)의 추정 정밀도를 한층 더 향상시킨 실시예에 대하여 설명한다. 터빈 토크를 추정하기 위한 엔진 부하를 결정하는 도5의 엔진 특성에는 에어콘의 압축기, 교류 발전기 등의 보기 부하가 포함되어 있지 않다. 또, 엔진 자체의 경년 변화가 크기 때문에 예를 들어 2년 사용후의 엔진 특성과 5년 사용후의 엔진 특성에서는 터빈 토크 추정값(Tt)이 다르다. 그래서, 보기 부하 및 경년 변화를 고려한 토크 검출부에 의한 추정 토크값의 보정이 필요해진다. 그래서, 도1 및 도2의 터빈 토크 보정부(40)를 설정했다. 우선, 토크비 연산부(36)에서 얻어진 토크비(tr)와 용량 계수 연산부(35)에서 얻어진 펌프 용량 계수(G)가 제2 터빈 토크 연산부(41)에 입력되고, 수학식 (3)을 이용하여 제2 터빈 토크(Tt2)가 연산된다.
tr : 토크 변환기 토크비(Nt/Ne의 함수)
c : 토크 변환기 펌프 용량 계수(Nt/Ne의 함수)
k1 : 보정 정수
이 토크 변환기 특성으로부터 구해지는 제2 터빈 토크(Tt2)는 보기 부하의 효과를 포함하고 있고, 그리고 경년 변화에 따른 추정치의 변화도 작으므로 엔진 부하에 의해 추정한 터빈 토크의 보정에는 유효하다. 따라서, 터빈 토크와 제2 터빈 토크를 보정부(40)에 입력하고, 그 편차를 터빈 토크 연산부(37)에 입력하여 엔진 부하로부터 구한 터빈 토크의 값에 더함으로써 보정한다. 이 보정은 도4(검은 원 q, p)에 도시한 바와 같이 변속 지령 신호 발생부(42)를 트리거로 해서 변속시에 매회 실행함으로써 최신의 토크 보정을 행할 수 있다. 또, 토크 보정은 변속 지령 신호가 발생한 후 실제의 변속이 개시되기까지의 기간중 언제라도 가능하지만, 실제의 변속 개시에 가까워지면 가까워질수록 토크 보정 정밀도가 향상된다.
이상은 토크 변환기가 설치되어 있는 자동 변속기 탑재 차량에 있어서 행할 수 있는 토크 보정이다. 토크 보정은 토크 변환기를 사용하지 않는 운전 영역(로크 업시), 및 토크 변환기가 없는 자동 변속기를 구비한 자동차에서도 행할 수 있다. 예를 들어 U.S.P. No.4,627,312에 기재한 바와 같은 2축식 동시 맞물림 매뉴얼 변속 기구를 자동화한 자동 변속기 등에는 토크 변환기가 없다. 이와 같은 자동차에서는 변속 기구의 입력축에 설치된 토크 센서(33)로부터 얻어지는 토크 신호(To)를 이용하여 변속기의 입력축 토크의 보정을 행할 필요가 있다. 토크 센서에 의해 얻어지는 토크값은 토크 변환기 특성으로부터 추정한 토크값보다도 한층 더 정밀도가 높다. 그리고, 전술한 결합측 유압 지령값(Pt)을 연산하기 위해 사용되는 터빈 토크(Tt)는 모두 엔진 토크(Te)로서 취급할 필요가 있다. 그로 인해, 전달 토크 연산을 위해서는 엔진 토크(Te)와 엔진 회전수(Ne)를 사용할 필요가 있다.
도13은 토크 변환기를 구비하지 않은 자동 변속기의 제어 시스템의 블록도이다. 토크 변환기 대신에 클러치(101)가 엔진의 출력축(11)과 변속기(19)의 입력축(18) 사이에 결합되어 있다. 클러치(101)는 전자 클러치 또는 다판 클러치이고, 도시하지 않은 전자 솔레노이드나 다른 구동 장치에 의해 결합 또는 해방된다. 변속기(19)는 기본적으로 도1에 도시한 것과 동일하며, 유압으로 제어되는 클러치(22, 23)를 구비한다. 결합측 클러치의 유압 지령값(Pt)의 계산 방법은 기본적으로 도1의 시스템의 경우와 동일하다. 단, 이 실시예에서는 터빈 토크(Tt) 대신에 엔진 토크(Te)를 유압 지령값의 계산에 사용한다. 엔진 토크 연산부(104)에서 엔진 토크(Te)를 흡입 공기량(Qa)과 도5의 맵으로부터 결정한다. 흡입 공기량(Qa)으로부터 구한 엔진 토크(Te)는 교류 발전기나 공기 조절기의 압축기와 같은 부속 부품의 부하분을 포함하고 있지 않다. 부속 부품의 부하에 의한 영향과 엔진의 경년 변화에 따른 도5의 특성의 변화를 보상하기 위해, 엔진 토크 보정부(103)에서는 흡입 공기량(Qa)으로부터 결정한 엔진 토크(Te)를 토크 센서(33)로 검출한 실제의 엔진 토크(제2 엔진 토크)(Te')에 의해 보정한다. 제2 엔진 토크 연산부(102)에서는 변속기(19)의 입력축(18)에 부착한 토크 센서(33)로부터의 신호에 의해 제2 엔진 토크인 실제 엔진 토크(Te')를 구한다.
다음에, 도4를 참조하여 터빈 토크의 보정에 대하여 설명한다. 실선은 액셀 페달을 일정하게 유지한 경우의 변속 특성, 파선 및 망점은 변속중에 액셀 페달을 답입한 경우의 변속 특성이다. 변속중 액셀 페달을 답입한 경우, 엔진 부하로부터 구한 터빈 토크(Tt)(g)는 액셀 페달의 변화(f)에 대하여 거의 동시에 변화한다. 따라서, 터빈 토크(Tt)(g) 및 터빈 회전수(Nt)(h)로부터 구해지는 전달 토크(Tc)(i)도 동시에 변화하고, 결합측 유압 지령값(Pt)(I)도 전달 토크(Tc)(i)에 따라서 변화한다(검은 원 c). 또, 결합측 유압 지령값(Pt)은 전달 토크(Tc)(i)를 기초로 해서 결정되기 때문에 터빈 회전수(Nt)의 변화(h)에 의해서도 변화한다. 이에 대하여 실제의 터빈 토크(Tt)에 거의 일치하는 제2 터빈 토크(Tt2)(j)는 속도비(Nt/Ne)(k)로부터 연산되므로, 액셀 페달을 답입한 경우 검은 원(d)의 시점에서 겨우 변화하기 시작한다. 따라서, 클러치에 공급되는 실제의 결합측 유압(Pt)의 변화가 제2 터빈 토크(Tt2)의 변화보다도 빨라지고, 클러치의 미끄럼을 크게 하지 않고 변속을 완료할 수 있다.
이상의 결과, 본 발명은 제2 터빈 토크(Tt2)를 연산하기 위한 기초가 되는 속도비의 변화보다도 빨리 결합측 유압 지령값이 변화하면 되는 것을 알 수 있다. 유압 지령값은 제어 제어기(31)로부터 출력되는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호, 전압 신호, 상기 솔레노이드로부터의 전류값 등 중 어느 하나이다.
다음에, 도8과 도9를 참조하여 클러치 마찰 계수가 변화한 경우의 변속 제어 방법의 실시예를 설명한다. 도9는 클러치 마찰 계수의 특성도이다. 도9에 있어서, 클러치 입출력축 회전차가 제로일 때는 클러치가 완전히 결합되어 있는 상태이고, 완전히 해방되어 있는 경우는 회전차가 최대가 된다. 시프트 업시의 결합측 클러치는 최대측으로부터 회전차가 시작되고, 유압 상승에 따라서 회전차가 작아진다. 파선은 신품 클러치의 마찰 계수이고, 실선은 경년 변화후의 마찰 계수이다. 변속중의 변속기 출력축 토크는 클러치 마찰 계수의 변화에 따라 변동한다. 그래서, 클러치 전후의 회전차가 클 때, 즉 도8의 변속 초기(검은 원 a)에 결합측 유압 지령값을 도7의 마찰 계수(μ)의 변화에 따라서 절환할 필요가 있다. 이에 따라, 원활한 변속기 출력축 토크를 얻을 수 있으며, 양호한 변속 특성을 실현할 수 있다. 이것도 수학식 1 및 수학식 2로부터 얻어지는 전달 토크에 기초해서 유압 지령값을 결정하고 있기 때문이다.
이상의 내용은 액셀 페달 답입량이 일정하고 시프트 업하는 경우를 예로 해서 설명했다. 그러나, 변속에는 액셀 페달 답입량이 변화하고 시프트 다운하는 경우도 존재한다. 이하, 시프트 다운을 예로 한 유압 제어 논리를 설명한다.
도10은 시프트 다운시의 변속 특성도이고, 도11은 터빈 토크 보정 방법의 상세도이다. 도10에 있어서, 일반적으로 시프트 다운(또는 킥 다운)은 액셀 페달이 답입된 경우에 실행된다. 우선, 액셀 답입량(α)에 따라서 변속 지령 신호가 발생하고, 엔진 회전수(Ne)가 상승된다. 동시에 토크 변환기 속도비가 변화하기 시작한다. 그러나, 터빈 회전수는 관성 상, 즉 변속 개시 시기부터 변화한다. 그래서, 시프트 다운시의 클러치 공급 유압을 설정하는 경우, 엔진 부하에 기초해서 구한 터빈 토크(Tt)를 기초로 해서 실행된다. 또, 터빈 토크(Tt) 보정을 제2 터빈 토크(실제 터빈 토크)로 행하고 있다. 그러나, 터빈 토크(Tt)의 변화와 제2 터빈 토크(Tt2)의 변화 시기가 크게 다르다. 이것은 터빈 토크(Tt)가 엔진 부하를 기초로 해서 연산되는 것에 대하여 제2 터빈 토크는 응답 지연이 있는 회전수를 기초로 해서 연산되기 때문이다. 따라서, 변속 지령 신호가 발생했을 때에 토크 보정(p'와 q'의 비교)을 실행하면, 큰 보정 오차가 발생하여 고정밀도의 토크 보정을 행할 수 없게 되어 버린다. 따라서, 도11과 같이 보정 실행 판단부(51)를 설정할 필요가 있다. 즉, 엔진 부하가 변화되었는지 여부, 다시 말해 액셀 페달 답입량(α)의 변화 속도(dα/dt)를 답입량 변화 속도 연산부(50)에서 연산하여 판단부(51)에 입력한다. 판단부(51)에서는 액셀의 변화 속도(dα/dt)가 판단 정수(k2)(답입량이 변화했는지의 여부를 판단하기 위한 기준 정수) 이상인지의 여부를 판단하고, 답입량이 변화했다고 판단한 경우는 "부정 : 0", 변화하지 않았다고 판단한 경우는 "긍정 : 1"을 출력한다. 이 판단 결과가 터빈 토크 보정부(40)에 입력되고, "긍정 : 1"인 경우는 터빈 토크의 편차(△Te)에 터빈 토크(Tt)와 제2 터빈 토크(Tt2)의 편차를 대입하고, "부정 : 0"인 경우는 터빈 토크의 편차(△Te)에 제로, 또는 액셀 페달량이 변화하지 않는 업 시프트에서의 보정값((Tt－Tt2)n-1)을 대입한다. 그리고, (Tt－Tt2)n은 현재의 편차이고 (Tt－Tt2)n-1은 전회의 편차이다. 이하, 전달 토크(Tc)의 연산은 도1 및 도2의 실시예와 동일하다. 이상의 제어 논리를 적용한 경우, 액셀 페달량이 변화하지 않는 업 시프트에서는 토크 보정을 실시하고, 시프트 다운이나 답입 해제 업 시프트와 같은 액셀 페달량이 변화하는 경우는 토크 보정이 금지되며, 다운 시프트시 등은 액셀 페달량이 변화하지 않는 업 시프트에서의 보정값((Tt－Tt2)n-1)을 사용하므로 양호한 유압 설정이 가능해진다. 그리고, 답입 해제 업 시프트라 함은 완만한 내리막 길을 주행하는 중에 액셀 페달로부터 발을 뗀 경우에 발생하는 업 시프트이다.
이상의 결과, 액셀 페달량이 변화한 경우의 토크 보정의 오차를 방지할 수 있으며 고정밀도의 유압 제어를 실현할 수 있다.
본 발명에 있어서의 변속기(19)로서는 2축 평기어나 유성 기어를 구비한 것을 채용할 수 있다.
본 발명에 의하면, 변속중에 실제의 엔진 토크가 급변한 경우라도 클러치에 작용하는 유압을 응답좋고 정확하게 설정하여 변속 특성을 만족시키는 동시에 미끄럼에 의한 클러치의 파손을 방지할 수 있다.
또, 자동 변속기의 열화가 발생한 경우라도 정확하고 또한 지연없이 클러치 작용 유압이 결정되고, 클러치의 전달 토크를 운전 상태에 맞춰서 최적으로 제어할 수 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 의한 유압 제어 장치를 구비한 자동 변속기의 제어 시스템의 블록도.
도2는 도1에 도시한 유압 제어 장치와 엔진 제어부의 상세한 블록도.
도3은 본 발명의 실시예에 의한 유압 제어 장치에 있어서의 2-3속 변속시의 각 부분의 신호를 나타낸 도면.
도4는 본 발명의 실시예에 의한 유압 제어 장치에 있어서의 토크 보정을 행하는 경우의 2-3속 변속시의 각 부분의 신호를 나타낸 도면.
도5는 엔진 회전수와 흡입 공기량을 매개 변수로 하는 엔진 토크의 특성도.
도6은 토크 변환기의 특성도.
도7은 클러치의 전달 토크와 유압 지령값의 관계를 도시한 도면.
도8은 클러치의 경년 변화에 따라 클러치의 마찰 계수가 변화한 경우의 변속 제어의 각 부분의 신호를 나타낸 도면.
도9는 클러치의 마찰 계수의 특성도.
도10은 시프트 다운시의 유압 제어 장치의 각 부분의 신호를 나타낸 도면.
도11은 본 발명의 실시예의 유압 제어 장치에 있어서의 토크값의 보정을 행하기 위한 처리 블록도.
도12a는 종래의 기술에 의한 클러치의 유압 제어 장치의 각 부분의 신호를 나타낸 도면.
도12b는 자동 변속기의 변속 프로그램의 일예를 도시한 도면.
도13은 본 발명의 실시예에 의한 토크 변환기가 없는 자동 변속기의 제어 시스템의 블록도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 엔진
6 : 연료 분사 장치
9 : 액튜에이터
11 : 크랭크축
14 : 토크 변환기
22, 23 : 마찰 결합 장치
28, 29 : 선형 솔레노이드
30 : 자동 변속기
31 : 제어 제어기
32 : 엔진 토크 제어 유닛
35 : 유압 연산부
60 : 액셀 페달
G : 펌프 용량 계수
Ne : 엔진 회전수
Pt : 결합측 유압 지령값
Qa : 흡입 공기량
Te : 엔진 토크
tr : 토크비
α : 액셀 페달 답입량

Claims (18)

  1. 엔진 출력에 결합되는 자동 변속기에 있어서의 적어도 하나의 클러치의 결합 또는 해방을 유압에 의해 제어하여 변속을 행하기 위한 자동 변속기의 제어 장치에 있어서,
    상기 엔진의 부하를 대표하는 매개 변수와 상기 엔진의 회전수에 기초해서 상기 엔진의 출력 토크를 연산하는 엔진 토크 연산 수단과,
    적어도 연산된 상기 엔진 출력 토크와 상기 엔진 회전수에 관련되는 매개 변수로부터 상기 클러치에 요구되는 전달 토크를 연산하는 전달 토크 연산 수단과,
    연산된 상기 전달 토크의 값에 따라서 상기 클러치에 작용하는 유압의 지령값을 결정하는 지령값 연산 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 자동 변속기는 토크 변환기를 구비하고, 상기 유압 지령값 연산 수단은 상기 엔진의 출력 토크의 변경이 지시되었을 때에 상기 토크 변환기의 입력축 회전수와 출력축 회전수의 비의 변화보다도 빨리 상기 유압 지령값을 결정하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 자동 변속기는 상기 엔진의 출력축과 결합된 토크 변환기를 구비하고,
    상기 전달 토크 연산 수단은 상기 엔진 회전수와 상기 토크 변환기의 출력축 회전수에 기초해서 상기 토크 변환기의 토크비를 계산하는 수단과,
    상기 엔진의 출력 토크와 상기 토크비에 기초해서 상기 토크 변환기의 출력축 토크를 계산하는 터빈 토크 연산 수단과,
    적어도 상기 토크 변환기의 상기 출력축 토크와 출력축 회전수로부터 상기 클러치에 요구되는 전달 토크를 계산하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 엔진 토크 연산 수단은 상기 엔진의 부하를 대표하는 매개 변수로서 상기 엔진의 흡입 공기량의 값을 취입하는 수단과, 엔진 회전수와 흡입 공기량의 값에 따라서 결정한 엔진 토크의 값을 나타내는 데이터 맵을 구비하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 제어 장치.
  5. 제1항의 자동 변속기의 제어 장치를 구비한 자동차의 제어 장치에 있어서,
    상기 엔진의 부하를 대표하는 매개 변수를 검출하는 부하 검출 장치와 상기 엔진 회전수를 검출하는 회전 검출 수단을 또한 구비하고,
    상기 부하를 대표하는 매개 변수는 상기 엔진의 흡입 공기량과 드로틀 개방도와 상기 엔진의 연료 분사 시간과 연료 분사량 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자동차의 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 부하를 대표하는 매개 변수는 상기 엔진의 흡입 공기량과 드로틀 개방도와 상기 엔진의 연료 분사 시간과 연료 분사량 중 적어도 어느 하나 또는 그들의 조합인 것을 특징으로 하는 자동차의 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 자동 변속기는 토크 변환기를 구비하고,
    상기 엔진 회전수와 상기 토크 변환기의 출력축 회전수를 사용하여 상기 토크 변환기의 펌프 용량 계수를 연산하는 수단과,
    상기 펌프 용량 계수와 상기 엔진 회전수에 기초해서 제2 엔진 출력 토크를 연산하는 수단과,
    상기 자동 변속기의 변속 개시 신호를 발생하는 수단과,
    상기 변속 개시 신호의 발생으로부터 실제의 변속 동작이 행해지기까지의 동안에 상기 엔진 토크 연산 수단으로 얻어진 엔진 출력 토크와 상기 제2 엔진 출력 토크의 편차에 따라서 상기 엔진 토크 연산 수단으로 얻어진 엔진 출력 토크의 값을 보정하는 수단을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 제어 장치.
  8. 제3항에 있어서, 상기 엔진 회전수와 상기 토크 변환기의 출력축 회전수를 사용하여 상기 토크 변환기의 펌프 용량 계수를 연산하는 수단과,
    상기 토크비와 상기 펌프 용량 계수와 상기 엔진 회전수에 기초해서 상기 토크 변환기의 제2 출력축 토크를 연산하는 수단과,
    상기 자동 변속기의 변속 개시 신호를 발생하는 수단과,
    상기 변속 개시 신호의 발생으로부터 실제의 변속 동작이 행해지기까지의 동안에 상기 터빈 토크 연산 수단으로 얻어진 출력축 토크와 상기 제2 출력축 토크의 편차에 따라서 상기 터빈 토크 연산 수단으로 얻어진 출력축의 값을 보정하는 수단을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 제어 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 자동 변속기를 구비한 자동차의 액셀 페달의 조작에 관련되는 정보를 얻는 수단과, 상기 액셀 페달 조작에 관련되는 정보가 소정 조건인 경우에 상기 터빈 토크의 보정 수단에 의한 보정 처리를 허가하는 수단을 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 제어 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 액셀 페달의 조작에 관련되는 정보를 얻는 수단은 액셀 페달의 답입량을 나타내는 신호를 취입하여 단위 시간당 상기 답입량의 변화율을 연산하는 수단을 포함하고, 상기 보정 처리를 허가하는 수단은 상기 변화율이 소정의 기준값보다도 적은 경우에 상기 보정 처리를 허가하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 제어 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 전달 토크의 값에 따른 유압 지령값의 값을 나타내는 데이터 맵을 구비하고, 상기 데이터 맵은 상기 클러치의 마찰 계수의 값에 따라서 변화하는 유압 지령값을 또한 갖는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 제어 장치.
  12. 엔진 출력에 결합된 토크 변환기를 구비한 자동 변속기에 있어서의 적어도 하나의 클러치의 결합 또는 해방을 유압에 의해 제어하여 변속을 행하기 위한 자동 변속기의 제어 장치에 있어서,
    상기 엔진의 회전수를 나타내는 신호를 취입하는 수단과,
    상기 엔진의 부하를 대표하는 매개 변수의 신호를 취입하는 수단과,
    상기 토크 변환기의 출력축 회전수를 나타내는 신호를 취입하는 수단과,
    상기 엔진의 회전수와 상기 토크 변환기의 출력축 회전수에 기초해서 상기 토크 변환기의 입출력축간의 속도비를 계산하는 수단과,
    상기 엔진의 부하를 대표하는 매개 변수의 값과 상기 엔진 회전수에 따라서 상기 클러치에 작용하는 유압의 지령값을 변경하는 지령값 연산 수단을 구비하고,
    상기 엔진의 출력 토크의 변경 지시에 따라서 상기 엔진의 부하를 대표하는 매개 변수의 값이 변화하면 연산된 상기 유압 지령값의 변화가 상기 속도비의 변화보다도 빠른 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 제어 장치.
  13. 엔진 출력에 결합된 자동 변속기에 있어서의 적어도 하나의 클러치의 결합 또는 해방을 유압에 의해 제어하여 변속을 행하기 위한 자동 변속기의 제어 장치에 있어서,
    상기 엔진의 회전수를 나타내는 신호를 취입하는 수단과,
    상기 엔진의 부하를 대표하는 매개 변수를 취입하는 수단과,
    상기 자동 변속기의 출력축 회전수를 나타내는 신호를 취입하는 수단과,
    상기 엔진의 회전수와 상기 자동 변속기의 출력축 회전수에 기초해서 상기 자동 변속기의 입출력축간의 속도비를 계산하는 수단과,
    상기 엔진의 부하를 대표하는 매개 변수의 값과 상기 엔진 회전수에 따라서 상기 클러치에 작용하는 유압의 지령값을 변경하는 지령값 연산 수단을 구비하고,
    상기 엔진의 출력 토크의 변경 지시에 따라서 상기 엔진의 부하를 대표하는 매개 변수의 값이 변화하면 연산된 상기 유압 지령값의 변화가 상기 속도비의 변화보다도 빠른 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 제어 장치.
  14. 엔진 출력에 결합되는 자동 변속기에 있어서의 적어도 하나의 클러치의 결합 또는 해방을 유압에 의해 제어하여 변속을 행하기 위한 자동 변속기의 제어 방법에 있어서,
    상기 엔진의 부하를 대표하는 매개 변수와 상기 엔진의 회전수에 기초해서 상기 엔진의 출력 토크를 연산하는 수단과,
    적어도 연산된 상기 엔진 출력 토크와 상기 엔진 회전수에 관련되는 매개 변수로부터 상기 클러치에 요구되는 전달 토크를 연산하는 수단과,
    연산된 상기 전달 토크의 값에 따라서 상기 클러치에 작용하는 유압의 지령값을 결정하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 자동 변속기는 토크 변환기를 구비하는 경우에 상기 엔진의 출력 토크의 변경이 지시되었을 때에 상기 토크 변환기의 입력축 회전수와 출력축 회전수의 비의 변화보다도 빨리 상기 유압 지령값을 결정하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 제어 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 자동 변속기는 상기 엔진의 출력축과 결합된 토크 변환기를 구비하는 경우에 상기 전달 토크 연산 단계는 상기 엔진 회전수와 상기 토크 변환기의 출력축 회전수에 기초해서 상기 토크 변환기의 토크비를 계산하는 단계와,
    상기 엔진의 출력 토크와 상기 토크비에 기초해서 상기 토크 변환기의 출력축 토크를 계산하는 단계와,
    적어도 상기 토크 변환기의 상기 출력축 토크와 출력축 회전수로부터 상기 클러치에 요구되는 전달 토크를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 제어 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 엔진의 회전수를 검출하는 단계와, 상기 엔진의 부하를 대표하는 매개 변수로서 상기 엔진의 흡입 공기량의 값을 취입하는 단계와, 상기 엔진 회전수와 흡입 공기량의 값에 따라서 결정한 엔진 출력 토크의 값을 나타내는 데이터 맵을 참조하여 상기 엔진 출력 토크의 값을 결정하는 단계를 또한 구비하는 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 제어 방법.
  18. 제14항에 있어서, 상기 엔진의 부하를 대표하는 매개 변수를 검출하는 단계와, 상기 엔진 회전수를 검출하는 단계를 또한 구비하고, 상기 부하를 대표하는 매개 변수는 상기 엔진의 흡입 공기량과 드로틀 개방도와 상기 엔진의 연료 분사 시간과 연료 분사량 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자동 변속기의 제어 방법.
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