JP2008014421A - 自動変速機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変速ショックのないダウンシフトをより短い時間で行わせることができる自動変速機の制御装置を提供する。
【解決手段】自動変速機のダウンシフト時に、タービン回転速度（入力軸回転速度）が上昇を開始した時点で摩擦係合要素の油圧制御の速度をより速い速度に切り換え、その後、変速後のタービン回転速度に到達するまでに要すると予測される時間が所定時間にまで短くなった時点で、前記摩擦係合要素の油圧制御の速度をより遅い速度に切り換え、タービン回転速度が変速後のタービン回転速度に到達した時点で、前記摩擦係合要素の油圧を変速後の状態にまでステップ変化させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動変速機の制御装置に関し、詳しくは、ダウンシフト時に変速ショックを低減する技術に関する。

特許文献１には、自動変速機のダウンシフト時に、スロットル開度の制御によってエンジン出力トルクを増加させることで、ダウンシフトに伴う変速ショックを低減することが開示されている。
特開２００４−１３７９０７号公報

ところで、上記のエンジン出力トルクを増加させる制御に並行して行われる変速用摩擦係合要素の係合圧（油圧）の制御においては、ダウンシフト後の変速段に見合う係合圧にまで速く変化させることで、変速時間を短縮することができるが、過度に速い係合圧の変化は変速ショックを招くことになる。
このため、従来では、条件が異なっても変速ショックが発生することがないように、余裕代を見込んで係合圧（油圧）の変化速度を比較的遅く設定せざるを得ず、変速時間を充分に短くすることができないという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ダウンシフト時に、変速ショックの発生を回避しつつ、変速時間を最大限に短くできる係合圧（油圧）制御を行える自動変速機の制御装置を提供することを目的とする。

そのため請求項１記載の発明は、ダウンシフト時に、実際の入力軸回転速度が変速後の目標入軸回転速度に到達するまでの時間を逐次予測し、この予測した時間に基づいて変速用摩擦係合要素の締結・解放制御の速度を変更することを特徴とする。
上記発明によると、実際の入力軸回転速度が変速の進行に伴って変速後の目標入軸回転速度に向けて変化するときに、現時点から前記目標入軸回転速度に到達するまでの時間を逐次予測することで、変速の進行状況を判断し、前記進行状況に応じて変速用摩擦係合要素の締結・解放制御の速度、即ち、摩擦係合要素の係合圧（油圧）の変化速度を変更する。

従って、変速の進行状況に応じた最適な制御速度を設定でき、変速ショックの低減と変速時間の短縮とを高い次元で両立させることができる。
尚、変速後の目標入軸回転速度は、ダウンシフト後の変速段（ギヤ比）とそのときの車速とから推定することができる。
請求項２記載の発明は、変速後の目標入軸回転速度に到達するまでの予測時間が所定時間にまで短くなった時点で、変速用摩擦係合要素が変速後の締結状態に向かう速度を緩めることを特徴とする。

上記発明によると、実際の入力軸回転速度が目標入力軸回転速度に充分に近づき、目標に到達するのに要すると予測される時間が所定時間にまで短くなると（所定時間後に目標入力軸回転速度に到達すると予測された時点で）、変速用摩擦係合要素を締結又は解放させる速度（変速後の締結状態に向かう速度）をそれまでよりも遅くする。
従って、実際の入力軸回転速度が目標入力軸回転速度に充分に近づくまでは、摩擦係合
要素の締結・解放を速やかに進行させて変速時間の短縮を図る一方、目標入力軸回転速度に到達する寸前で摩擦係合要素の締結・解放の進行を遅らせて変速ショックの低減を図ることができる。

尚、変速後の締結状態に向かう速度を緩めることには、それまでと同じ方向への変化速度を遅くすることの他、変化を停止させること、更には、一時的に逆方向に変化させることが含まれる。
請求項３記載の発明は、実際の入力軸回転速度が上昇変化を開始した時点で、変速用摩擦係合要素が変速後の締結状態に向かう速度を速め、その後、前記予測時間が所定時間にまで短くなった時点で、変速用摩擦係合要素が変速後の締結状態に向かう速度を緩めることを特徴とする。

上記発明によると、実際の入力軸回転速度が上昇変化を開始したときに、実質的なダウンシフト（ギヤ比変化）の開始を判断し、変速用摩擦係合要素が変速後の締結状態（締結或いは解放）に向かう速度をそれまでよりも速める。
そして、変速の進行に伴って、実際の入力軸回転速度が変速後の目標入軸回転速度に到達するまでの予測時間が短くなっていき、所定時間後に目標入軸回転速度に到達すると予測されるようになった時点で、変速用摩擦係合要素が変速後の締結状態（締結或いは解放）に向かう速度をそれまでよりも遅くする。

従って、ギヤ比の変化開始時及び変化完了時においてギヤ比が急激に変化することを回避してショックの発生を防止すると共に、ギヤ比変化を速くして変速時間を短縮させることができる。

以下に本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明に係る自動変速機の制御装置を含む車両のパワー・トレイン・システムを示す。
図１において、車両に搭載されるエンジン（内燃機関）１の発生トルクが、自動変速機２を介して図外の駆動輪に伝達される。

前記エンジン１の吸気管１１には、スロットルモータでバタフライ式のスロットルバルブを開閉駆動する電制スロットル１２が設けられており、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１３によって電制スロットル１２が制御されることで、エンジン１の出力トルクが制御される。
前記自動変速機２は、前記エンジン１の出力軸にポンプ側が連結されるトルクコンバータ２１と、このトルクコンバータ２１のタービン側に連結される歯車式変速機２２と、前記変速機２２に含まれる各変速要素（クラッチ等の摩擦係合要素）の締結・解放操作を行う油圧制御機構２３とを備える。

そして、前記油圧制御機構２３は、各種変速要素への油圧をソレノイドで制御することによって、前記各種変速要素の締結・解放状態を切り換え、これによって変速段が１速〜４速に切り換えられるようになっている。
前記油圧制御機構２３は、自動変速機コントロールユニット２４（ＡＴＣＵ）によって制御される。

前記エンジンコントロールユニット１３及び自動変速機コントロールユニット２４は、それぞれマイクロコンピュータを含んで構成されると共に、通信線３１を介して相互に通信可能に構成される。
また、各コントロールユニット１３，２４には、各種センサからの検出信号が入力され
る。

前記各種センサとしては、車両の運転者によって操作されるアクセルペダルの踏み込み量ＡＰＯを検出するアクセル開度センサ５１、エンジン１のクランク軸の回転に同期した信号を出力するクランク角センサ５２、前記自動変速機２の出力軸の回転から車両の走行速度（車速）ＶＳＰを検出する車速センサ５３、前記トルクコンバータ２１のタービン回転速度Ｎｔ（変速機２２の入力軸回転速度）を検出するタービンセンサ５４、エンジン１の吸入空気流量を検出するエアフローメータ５５などが設けられている。

上記各種センサによる検出情報や各種の制御情報は、前記通信線３１を介した相互通信によって、前記エンジンコントロールユニット１３と自動変速機コントロールユニット２４とに共有され、両コントロールユニット１３，２４による協調制御が可能となっている。
前記自動変速機コントロールユニット２４は、自動変速モードでは、アクセル開度ＡＰＯと車速ＶＳＰとに応じて目標変速段を決定し、また、手動変速モードでは、運転者のシフトレバー操作に応じて目標変速段を決定し、そのときの実際の変速段と前記目標変速段とが異なる場合に変速要求の発生を判断し、前記目標変速段に変速させるべく前記油圧制御機構２３（ソレノイド）を制御する。

また、減速時などでダウンシフトを行う場合には、エンジン回転（変速機２２の入力軸回転速度）を吹き上がらせ、ダウンシフト後の変速段に見合う回転速度に同期させた状態で変速を完了させることで、変速ショックを低減する制御を、前記エンジンコントロールユニット１３と自動変速機コントロールユニット２４とが協調して行う。
図２のフローチャートは、上記のダウンシフト時の変速ショックを低減させるための制御の詳細を示す。

図２のフローチャートに示すルーチンは、所定微小時間毎に実行され、まず、ステップＳ１では、例えば車速の低下などに伴って目標変速段がより低速側に変更され、ダウンシフト要求が発生している状態であるか否かを判断する。
ダウンシフト判定中でない場合には、変速ショックを低減するための制御は不要であるので、そのまま本ルーチンを終了させる。

一方、ダウンシフト判定中であれば、変速ショックを低減するための制御を実行すべく、ステップＳ２以降へ進む。
尚、ダウンシフト判定がなされると、変速制御（変速用摩擦係合要素の締結・解放制御）が開始され、例えば３速→２速のダウンシフト時であれば、図３に示すように、３速圧（３速での摩擦係合要素の締結圧）をステップ的に減少させた後、所定速度で低下させる制御が行われる。

ステップＳ２では、スロットル開度ＴＶＯの目標を通常のアクセル開度等に応じた値ＴＶＯ_ACから所定値ＴＶＯ_Ｄにまで増大補正することで、エンジン１の吸入空気量を増大させてエンジン出力トルクを増大させ、エンジン回転（変速機２２の入力軸回転速度）が吹き上がるようにする（図３参照）。
尚、前記所定値ＴＶＯ_Ｄは、変速の種類や車速などに基づいて可変に設定させることができる。

ステップＳ３では、実際の変速開始（ギヤ比変化）に伴ってタービンセンサ５４で検出されるタービン回転速度Ｎｔ（入力軸回転速度）が上昇変化を開始したか否かを判断する。
具体的には、タービンセンサ５４で検出されたタービン回転速度Ｎｔの最新値Ｎｔnew
と所定時間前のタービン回転速度Ｎｔoldとの差（変化速度）が所定値以上になった時点を、上昇開始時点として判断する。

ステップＳ３で、タービン回転速度Ｎｔの上昇変化の開始を検出すると、ステップＳ４へ進む。
ステップＳ４では、前記目標スロットル開度ＴＶＯをそのときのアクセル開度（全閉）に対応させて全閉に戻すことで、ダウンシフトのためのエンジン出力トルクの増大制御をキャンセルする（図３参照）。

また、次のステップＳ５では、３速圧の減少速度（解放制御の速度）をそれまでよりも速い速度に切り替え、３速圧の漸減を継続させる。
即ち、ダウンシフト要求に伴って３速圧をステップ的に所定値にまで減少させた後、第１速度で３速圧を低下させ、タービン回転速度Ｎｔの上昇変化の開始が検出されると、その後は、前記第１速度よりも速い第２速度で３速圧（係合圧）を減少変化させる。

ステップＳ６では、車速センサ５３で検出される現在の車速ＶＳＰと今回のダウンシフトにおける目標変速段（ダウンシフト後のギヤ比）とから、変速後におけるタービン回転速度ＮｔＤ（変速後の目標入軸回転速度）を算出する。
更に、ステップＳ６では、前記変速後のタービン回転速度ＮｔＤと現在のタービン回転速度Ｎｔとの偏差を、現時点でのタービン回転速度Ｎｔの変化速度ΔＮｔで除算することで、現時点からタービン回転速度Ｎｔが前記変速後のタービン回転速度ＮｔＤに到達するまでに要する時間ｔｃを本ルーチンの実行毎に逐次予測する（ｔｃ＝（ＮｔＤ−Ｎｔ）／ΔＮｔ）。

そして、ステップＳ７では、前記予測時間ｔｃが閾値ｔｈ（所定時間）未満であるか否かを判断する。
前記時間ｔｃが閾値ｔｈ以上であるときには、変速後のタービン回転速度ＮｔＤに実際のタービン回転速度Ｎｔが到達するのにまだ時間を要するので、ステップＳ６に戻ることで、３速圧を比較的速い速度で減少変化させている現状の解放制御状態をそのまま継続させる。

一方、前記予測時間ｔｃが閾値ｔｈ未満であるときには、変速後のタービン回転速度ＮｔＤに実際のタービン回転速度Ｎｔが達するまでの時間が僅かであり、現時点以降も３速圧を速い速度で減少変化させ続けると、ショックを発生させる可能性があると判断し、ステップＳ８へ進む。
ここで、前記閾値ｔｈは予め記憶された固定値であっても良いが、自動変速機２の作動油（ＡＴＦ）の温度、ライン圧（変速機の入力軸トルク）、変化速度ΔＮｔのうちの少なくとも１つに応じて可変に設定させることができる。

自動変速機２の作動油（ＡＴＦ）の温度が高く、作動油（ＡＴＦ）の粘性が低い場合には、前記油圧制御機構２３が高いレスポンスで動作することが可能であり、変速後のタービン回転速度ＮｔＤにより近づいてから制御を切り換えても、応答遅れが生じることを回避でき、速い速度で変速用摩擦係合要素を制御する期間をなるべく長くすることで、変速時間の一層の短縮を図れる。

そこで、本実施形態では、作動油（ＡＴＦ）の温度が高いときほど、前記閾値ｔｈを短く変更させ（図４参照）、作動油（ＡＴＦ）の温度が高いときには、変速後のタービン回転速度ＮｔＤにより近づいてから、摩擦係合要素の締結・解放制御の速度を変更させる。
また、変速機２２の入力軸トルクが低いためにライン圧が比較的低く設定されている場合には、大きなトルク変化がない条件であるために運転者がショックに敏感となるが、変
速機２２の入力軸トルクが高いためにライン圧が比較的高く設定されている場合には、大きなトルク変化が発生し得る条件であるために、運転者がショックを許容する傾向となる。

そこで、ライン圧（入力軸トルク）が低いほど前記閾値ｔｈを長くして（図５参照）、早めに摩擦係合要素の締結・解放制御の速度を遅く切り換えるようにして、変速時間が長くなるものの、変速ショックの低減を図る。
更に、変化速度ΔＮｔが早いほど、過剰にタービン回転を上昇させる可能性が高くなるので、前記閾値ｔｈを大きく変更する。

ステップＳ８では、前記予測時間ｔｃが閾値ｔｈ未満になったと判断された時点での圧に３速圧を保持させるか、或いは、前記予測時間ｔｃが閾値ｔｈ未満になったと判断される前の比較的速い減少速度よりも遅い速度で減少変化させるように、解放制御の速度を切り換える（図３参照）。
また、前記予測時間ｔｃが閾値ｔｈ未満になったと判断された時点で一時的に、摩擦係合要素を締結させる方向（油圧を増大させる方向）に制御を切り換えて、解放の進行を遅らせることもできる。

即ち、前記予測時間ｔｃが閾値ｔｈ未満になったと判断されると、変速用摩擦係合要素の解放状態に向けた制御（解放制御）の速度を緩め、この状態でタービン回転速度Ｎｔを目標タービン回転速度ＮｔＤに到達させるようにする。
尚、前記予測時間ｔｃが閾値ｔｈ未満になった時点以降の制御速度は、タービン回転速度の上昇変化が検出される前の制御期間における制御速度と同じであっても良い。

そして、ステップＳ９では、タービン回転速度Ｎｔが前記変速後のタービン回転速度ＮｔＤに到達したか否かを判断する。
タービン回転速度Ｎｔが変速後のタービン回転速度ＮｔＤに到達すると、ステップＳ１０へ進み、３速圧をステップ的に最小値にまで低下させて解放制御を完了させ、３速→２速のダウンシフトを終わらせる。

上記実施形態によると、タービン回転速度Ｎｔが上昇変化を開始してから、変速後のタービン回転速度ＮｔＤに近づくまでは、変速のための解放制御の速度を速くするから、変速時間の短縮を図ることができ、かつ、変速後のタービン回転速度ＮｔＤに近づくと、それまでよりも解放制御の速度を緩め、タービン回転速度ＮｔＤの上昇（ギヤ比変化）を鈍らすので、変速ショックの発生を抑止できる。

尚、上記実施形態では、解放制御（油圧の低下制御）によってダウンシフトが行われる場合を例としたが、締結制御によってダウンシフトが行われる場合も、タービン回転速度Ｎｔが上昇変化を開始してから、変速後のタービン回転速度ＮｔＤに近づくまでは、変速のための締結制御の速度（油圧上昇速度）を速くし、変速後のタービン回転速度ＮｔＤに近づくと、それまでよりも締結制御の速度（油圧上昇速度）を緩めることで、同様な効果を得ることができる。

また、上記実施形態では、エンジン出力アップの終期を、タービン回転速度Ｎｔが上昇変化を開始した時点としたが、エンジン出力アップの終期も、前記予測時間ｔｃから判断させることができ、例えば、予測時間ｔｃが閾値ｔｈ未満になった時点で、ダウンシフトのための締結・解放制御の速度を緩め、かつ、同時にエンジン出力アップ（スロットル開度の増大補正）をキャンセルさせるようにすることができる。

また、エンジン回転を上昇させる手段を、スロットル開度の増大補正によるエンジン出
力トルクの増大に限定するものではなく、空燃比や点火時期などの補正によってエンジン出力トルクを増大させることができる。
更に、上記実施形態では、予測時間ｔｃが閾値ｔｈ未満になった時点で制御速度を切り換えるようにしたが、予測時間ｔｃと複数の閾値とを比較させ、予測時間ｔｃに基づく制御速度の切り換えを複数タイミングで行わせることができる。

次に、上記の実施形態から把握し得る請求項に記載以外の発明について、以下にその作用効果と共に記載する。
（イ）前記ダウンシフト時に前記自動変速機の入力軸回転速度を上昇させる回転上昇手段を備え、前記予測時間に基づいて変速用摩擦係合要素の締結・解放制御の速度を変更すると共に、前記回転上昇手段の作動・停止を前記予測時間に基づいて制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の自動変速機の制御装置。

上記発明によると、エンジン出力トルクの増大などによって自動変速機の入力軸回転速度を増大させる手段の作動・停止が、実際の入力軸回転速度が変速後の目標入軸回転速度に到達するまでの予測時間に基づいて制御される。
従って、変速の進行状況に応じた最適な制御速度を設定でき、かつ、変速の進行状況に応じて効果的に回転上昇を図ることができる。
（ロ）前記所定時間を、前記自動変速機の作動油の温度及び／又は油圧に応じて変更することを特徴とする請求項２又は３記載の自動変速機の制御装置。

上記発明によると、自動変速機の作動油の温度の違いによって変速動作の応答性が異なることに対応して、目標入力軸回転速度に到達するまでの時間がどの程度になったら制御速度を緩めるかを変更する。
また、自動変速機の油圧（ライン圧）は、一般に走行状態（例えば自動変速機の入力軸トルク）に応じた圧に制御されるので、油圧（ライン圧）から判断される走行状態（例えば自動変速機の入力軸トルク）の違いによる変速ショックの低減要求の違いなどから、目標入力軸回転速度に到達するまでの時間がどの程度になったら制御速度を緩めるかを変更する。

従って、自動変速機の作動油の温度及び／又は油圧に応じた最適なタイミングで、変速用摩擦係合要素の制御速度を緩めることができる。
（ハ）前記自動変速機の作動油の温度が高いほど前記所定時間をより短く変更することを特徴とする請求項（ロ）記載の自動変速機の制御装置。
上記発明によると、作動油の温度が高く作動油の粘性が低いために、自動変速機が応答良く動作して油圧変化を鈍らことができる条件では、実際の入力軸回転速度が変速後の目標入軸回転速度に到達するまでの時間が低温時よりも短くなってから制御速度を緩め、なるべく速い制御速度を継続させて変速時間の短縮を図る。
（ニ）前記自動変速機における油圧が高いほど前記所定時間をより短く変更することを特徴とする請求項（ロ）記載の自動変速機の制御装置。

上記発明によると、例えば入力軸トルクが大きいために油圧（ライン圧）が高く設定される場合には、変速ショックに対する許容度が比較的高いため、前記所定時間を短くすることで変速時間の短縮を優先し、逆に、入力軸トルクが低いために油圧（ライン圧）が低く設定される場合には、変速ショックに対する許容度が比較的低いため、前記所定時間を長くすることで、変速を徐々に進行させて変速ショックを充分に抑えることができるようにする。

本発明の一実施形態に係る車両のパワー・トレイン・システムを示す構成図。 実施形態におけるダウンシフト時の制御を示すフローチャート。 実施形態における３速→２速のダウンシフト時の制御を説明するためのタイムチャート。 実施形態における閾値ｔｈとＡＴＦ温度との相関を示す線図。 実施形態における閾値ｔｈとライン圧との相関を示す線図。

符号の説明

１…エンジン、２…自動変速機、１１…吸気管、１２…電制スロットル、１３…エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）、２１…トルクコンバータ、２２…変速機、２３…油圧制御機構、２４…自動変速機コントロールユニット（ＡＴＣＵ）、５１…アクセル開度センサ、５２…クランク角センサ、５３…車速センサ、５４…タービンセンサ

Claims (3)

1. 自動変速機のダウンシフト時に、実際の入力軸回転速度が変速後の目標入軸回転速度に到達するまでの時間を逐次予測し、該予測時間に基づいて変速用摩擦係合要素の締結・解放制御の速度を変更することを特徴とする自動変速機の制御装置。
2. 前記予測時間が所定時間にまで短くなった時点で、前記変速用摩擦係合要素が変速後の締結状態に向かう速度を緩めることを特徴とする請求項１記載の自動変速機の制御装置。
3. 実際の入力軸回転速度が上昇変化を開始した時点で、前記変速用摩擦係合要素が変速後の締結状態に向かう速度を速め、その後、前記予測時間が所定時間にまで短くなった時点で、前記変速用摩擦係合要素が変速後の締結状態に向かう速度を緩めることを特徴とする請求項１記載の自動変速機の制御装置。

Images