JP2009236131A - トルクコンバータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トルク比を高め且つ容量係数を低くＳ変化させることができ、車両の動力性能を十分に高めることができ、且つ、駆動力を車両の走行条件に応じて抑制できる可変容量型トルクコンバータの制御装置を提供する。
【解決手段】容量係数制御手段１３０は、車両の駆動力を抑制させる必要がある場合、必要がない場合と比較して、トルクコンバータ６の容量係数Ｃを大きくするため、車両の駆動力を抑制させる必要が生じると、トルクコンバータ６の容量係数Ｃが大きくなる。これにより、タービン翼車６ｔから出力される駆動力が小さくなるので、車輪に伝達される駆動力を抑制することができる。
【選択図】図８

Description

本発明は、流体を介してトルクを増幅可能なトルクコンバータに関し、特に、電動機によってトルクコンバータの容量係数を変更可能な可変容量型トルクコンバータの制御装置に関するものである。

ポンプ翼車と、タービン翼車と、そのタービン翼車とポンプ翼車との間に回転可能に配設されたステータ翼車とを、有するトルクコンバータがよく知られている。このような従来のトルクコンバータでは、ステータ翼車が一方向クラッチを介して非回転部材に連結されており、可変容量特性を備えない。一般に、トルクコンバータの流体特性としては、燃費指向であるときは高い容量（容量係数）であることが望まれるが、上記従来の構造では、ポンプ翼車、タービン翼車、ステータ翼車の形状によって一義的に定められてしまうため、走行パターンに拘わらず同一流体特性となり、燃費性能および動力性能を同時に向上させることには限界があった。

これに対し、特許文献１に示されているように、ステータ翼車と非回転部材との間にブレーキ手段を設け、そのブレーキ手段の制動トルクを調節して容量を可変とした可変容量型トルクコンバータが提案されている。これによれば、ブレーキ手段による制動トルクを調節することによってトルクコンバータのトルク比および容量係数を無段階或いは多段階に変化させることが可能となり、運転条件や走行条件に応じて最適なトルク比および容量係数を設定でき、車両の走行性能を高めることができる。

特開平１−１６９１７０号公報

しかしながら、上記従来の可変容量型トルクコンバータでは、そのステータ翼車の回転は、ポンプ翼車の回転方向とは反対の負回転方向の範囲で制御されるに過ぎず、それにより得られるトルク比の上限や容量係数の下限値には限界があり、運転条件や走行状態に応じて必ずしも十分にトルクコンバータのトルク比を高め、容量係数を低く変化させることができず、車両の動力性能を十分に高めることができなかった。

また、一般にアクセルペダルを踏み込まない状態であっても、トルクコンバータの流動特性によって、車両を前進させる、所謂クリープ力が発生する。このとき、例えば舗装路のクリープ走行では、ブレーキ操作のみで車両を制御できるようなクリープ力を生じさせることが望ましい。しかし、例えば舗装路のクリープ力で車両の動特性を決定すると、圧雪路面等の低摩擦路ではクリープ力が相対的に強くなるため、車両がスリップし易くなり不安定状態に陥る可能性があった。そこで、例えば車両発進時やクリープ走行時などにおいて、容易に駆動力を制限することができることが望まれていた。

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、トルク比を高め且つ容量係数を低く変化させることができ、車両の動力性能を十分に高めることができ、且つ、駆動力を車両の走行条件に応じて容易に制限できる可変容量型トルクコンバータの制御装置を提供することにある。

そこで、発明者等は、以上の事情を背景として種々検討を重ねた結果、車両の駆動源とは別個の動力源である電動機を用いてステータ翼車をポンプ翼車の回転方向である正回転方向へ積極的に駆動させると、従来に比較して高いトルク比と低い容量係数が得られるということを見いだした。これより、電動機を用いてステータ翼車をポンプ翼車の回転方向である正回転方向へ回転（駆動）、並びにポンプ翼車の回転方向とは反対の負回転方向へ回転（制動、回生）させることにより、従来に比較してトルク比および容量係数の変化範囲が広範囲となるので、車両の燃費性能および動力性能を大幅に向上させることができる。

また、発明者等は、上記のように前記トルクコンバータの容量係数を可変に構成するに伴い、トルクコンバータの容量係数を変更することでクリープ力を変更することを見いだした。例えば、クリープ力を減少させたいとき、トルクコンバータの容量係数を高くすることで、トルク比（トルク増幅率）が小さくなり、クリープ力が小さくなる。

すなわち、上記目的を達成するための、請求項１にかかる発明の要旨とするところは、（ａ）ポンプ翼車と、タービン翼車と、該タービン翼車とポンプ翼車との間に回転可能に配設されたステータ翼車とを、有するトルクコンバータを備えるトルクコンバータの制御装置であって、（ｂ）前記ステータ翼車に動力伝達可能に連結された電動機と、（ｃ）前記電動機の回転速度を制御することにより前記トルクコンバータの容量係数を制御する容量係数制御手段を備え、（ｄ）前記容量係数制御手段は、車両の駆動力を抑制する必要がある場合、その駆動力を抑制する必要がない場合と比較して、前記トルクコンバータの容量係数を大きくすることを特徴とする。

また、請求項２にかかる発明の要旨とするところは、請求項１のトルクコンバータの制御装置において、前記駆動力を抑制する必要がある場合とは、車両が走行抵抗の小さい路面を走行する場合であることを特徴とする。

また、請求項３にかかる発明の要旨とするところは、請求項１のトルクコンバータの制御装置において、前記駆動力を抑制する必要がある場合とは、低駆動力走行が要求された場合であることを特徴とする。

また、請求項４にかかる発明の要旨とするところは、請求項１のトルクコンバータの制御装置において、前記駆動力を抑制する必要がある場合とは、駆動輪がスリップしたときであることを特徴とする。

また、請求項５にかかる発明の要旨とするところは、請求項１乃至４のいずれか１つのトルクコンバータの制御装置において、前記ステータ翼車と電動機との間の動力伝達経路を選択的に断続させる第１の断続手段が設けられていることを特徴とする。

また、請求項６にかかる発明の要旨とするところは、請求項１乃至５のいずれか１つのトルクコンバータの制御装置において、前記ステータ翼車を非回転部材に選択的に断続させる第２の断続手段が設けられていることを特徴とする。

請求項１にかかる発明のトルクコンバータの制御装置によれば、ポンプ翼車とタービン翼車とそのタービン翼車とポンプ翼車との間に回転可能に配設されたステータ翼車とを有するトルクコンバータと、前記ステータ翼車を駆動させる電動機を備えることから、電動機を用いてステータ翼車をポンプ翼車の回転方向である正回転方向、およびポンプ翼車の回転方向とは反対の負回転方向へ回転させることにより、従来に比較してトルク比および容量係数の変化範囲が広範囲となるので、車両の燃費性能および動力性能を大幅に向上させることができる。

また、前記容量係数制御手段は、車両の駆動力を抑制させる必要がある場合、必要がない場合と比較して、前記トルクコンバータの容量係数を大きくするため、車両の駆動力を抑制する必要が生じると、トルクコンバータの容量係数が大きくなる。これにより、タービン翼車から出力される駆動力が小さくなるので、車輪に伝達される駆動力を容易に抑制することができる。

また、請求項２にかかる発明のトルクコンバータの制御装置によれば、前記駆動力を抑制する必要がある場合とは、車両が走行抵抗の小さい路面を走行する場合であるため、圧雪路面等の走行抵抗の小さい路面では、駆動力が低減されて、車両の不安定性が抑制されると共に、スリップの危険性から回避される。

また、請求項３にかかる発明のトルクコンバータの制御装置によれば、前記駆動力を抑制する必要がある場合とは、低駆動力走行が要求された場合であるため、低駆動力走行が要求されると、トルクコンバータの容量係数を大きくすることで、駆動力を容易に低減することができる。

また、請求項４にかかる発明のトルクコンバータの制御装置によれば、前記駆動力を抑制する必要がある場合とは、駆動輪がスリップしたときであるため、スリップが生じるとトルクコンバータの容量係数が大きくなって、駆動力が抑制される。これより、スリップを迅速に抑制させることができる。

また、請求項５にかかる発明のトルクコンバータの制御装置によれば、前記ステータ翼車と電動機との間の動力伝達経路を選択的に断続させる第１の断続手段が設けられているため、ステータ翼車を電動機によって駆動・制動させる必要のないときはステータ翼車と電動機との動力伝達経路を遮断させることができる。これにより、電動機による引き摺り等の影響を回避することができる。

また、請求項６にかかる発明のトルクコンバータの制御装置によれば、前記ステータ翼車を非回転部材に選択的に断続させる第２の断続手段が設けられているため、ステータ翼車を適宜回転停止させることができる。これより、例えばトルクコンバータレンジでは、第２の断続手段を接続させることでトルク増幅させ、カップリングレンジでは、第２の断続手段を遮断させることでステータ翼車を空転させる。すなわち、トルクコンバータを従来のトルクコンバータ同様に作動させることができる。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。

図１は、本発明の一実施例のトルクコンバータ６（可変容量型トルクコンバータ）が適用された車両用駆動装置７の骨子図である。この車両用駆動装置７は縦置き型の自動変速機８を有するものであって、ＦＲ（フロントエンジン・リアドライブ）型車両に好適に採用されるものであり、走行用の駆動力源としてエンジン９を備えている。内燃機関にて構成されるエンジン９の出力は、流体伝動装置として機能するトルクコンバータ６、自動変速機８、図示しない差動歯車装置（終減速機）、一対の車軸などを介して左右の駆動輪へ伝達されるようになっている。

トルクコンバータ６は、エンジン９のクランク軸に連結され、そのエンジン９から回転駆動されることによってトルクコンバータ６内の作動油の流動による流体流を発生させるポンプ翼車６ｐと、自動変速機８の入力軸２２に連結され、そのポンプ翼車６ｐからの流体流を受けて回転させられるタービン翼車６ｔと、タービン翼車６ｔからポンプ翼車６ｐへの流体流中に回転可能に配置されたステータ翼車６ｓとを備えており、作動油（流体）を介して動力伝達を行うようになっている。

また、上記ポンプ翼車６ｐとタービン翼車６ｔとの間にはロックアップクラッチＬ／Ｃが設けられており、後述の油圧制御回路３０によってそのロックアップクラッチＬ／Ｃの係合状態、スリップ状態、或いは解放状態が制御されるようになっており、完全係合状態とされることによってポンプ翼車６ｐおよびタービン翼車６ｔが一体回転させられるすなわちエンジン９のクランク軸および入力軸２２が相互に直結状態とされるようになっている。

また、車両用駆動装置７は、トルクコンバータ６のステータ翼車６ｓを回転駆動するための電動モータ（電動機）１０と、その電動モータ１０とステータ翼車６ｓとの間の動力伝達経路を選択的に連結（断続）させるクラッチＣｓと、ステータ翼車６ｓと非回転部材であるトランスミッションケース（以下、ケースと表す）１１との間を選択的に連結（断続）させるブレーキＢｓとを、備えている。なお、電動モータ１０が本発明の電動機に対応しており、クラッチＣｓが本発明の第１断続手段に対応しており、ブレーキＢｓが本発明の第２断続手段に対応している。

上記電動モータ１０は、その駆動によってステータ翼車６ｓのポンプ翼車６ｐの回転方向である正回転方向の回転数を制御するようになっている。この際、ステータ翼車６ｓには、例えば、図２(ａ)に示すように後述の電子制御装置７８から回転駆動のために電動モータ１０に供給される駆動電流Ｉ_Dの大きさに比例する上記正回転方向の駆動トルクＴ_Dが与えられる。また、電動モータ１０は、その駆動によってステータ翼車６ｓの負回転方向の回転数を制御するようになっている。この際、ステータ翼車６ｓには、例えば、電動モータ１０に供給される駆動電流Ｉ_Dの大きさに比例する上記負回転方向の駆動トルクＴ_Dが与えられる。

また、電動モータ１０は、その制動（回生）によってもステータ翼車６ｓのポンプ翼車６ｐの回転方向とは反対の負回転方向の回転数を制御するようになっている。この際、ステータ翼車６ｓには、例えば、図２(ｂ)に示すように例えば車両に設けられた蓄電装置等に供給すなわち蓄電される発電電流Ｉ_Gの大きさに比例する上記負回転方向の負荷トルクすなわち制動（回生）トルクＴ_Bが与えられる。

上記クラッチＣｓおよびブレーキＢｓは、油圧アクチュエータとその油圧アクチュエータに供給される油圧により摩擦係合或いは解放される多板式のクラッチあるいはブレーキとを備える油圧式摩擦係合装置である。ステータ翼車６ｓは、ブレーキＢｓが係合されることによりケース１１に固定され回転不能にされる。また、ステータ翼車６ｓは、ブレーキＢｓの係合度合いすなわち係合圧が調整されることで発生されるスリップによっても、上記正回転方向に回転するポンプ翼車６ｐに対して相対的にその正回転方向とは反対の負回転方向に回転させられるようになっている。この際、ステータ翼車６ｓには、例えば上記係合圧が大きくなるとともに増大する上記負回転方向の負荷トルクすなわち制動トルクＴ_Bが与えられる。また、ステータ翼車６ｓには、クラッチＣｓが係合されることにより上記電動モータ１０による駆動トルクＴ_Dあるいは制動トルクＴ_Bがそのまま伝達されるようになっており、また、クラッチＣｓの係合度合いすなわち係合圧が調整されることで発生されるスリップによりその係合圧の大きさに応じて上記駆動トルクＴ_Dあるいは制動トルクＴ_Bの伝達割合が変化させられるようになっている。

自動変速機８は、車体に取り付けられる非回転部材としてのケース１１内において、ダブルピニオン型の第１遊星歯車装置１２を主体として構成されている第１変速部１４と、シングルピニオン型の第２遊星歯車装置１６及びダブルピニオン型の第３遊星歯車装置１８を主体として構成されている第２変速部２０とを共通の軸心上に有し、入力軸２２の回転を変速して出力軸２４から出力する。入力軸２２は、走行用の動力源であるエンジン９からの動力により回転駆動されるトルクコンバータ６のタービン軸でもある。なお、このトルクコンバータ６および自動変速機８はその軸心に対して略対称的に構成されており、図１の骨子図においてはそれら軸心の下半分が省略されている。

上記第１遊星歯車装置１２は、サンギヤＳ１、互いに噛み合う複数対のピニオンギヤＰ１、そのピニオンギヤＰ１を自転及び公転可能に支持するキャリアＣＡ１、ピニオンギヤＰ１を介してサンギヤＳ１と噛み合うリングギヤＲ１を備えている。また、第２遊星歯車装置１６は、サンギヤＳ２、ピニオンギヤＰ２、そのピニオンギヤＰ２を自転及び公転可能に支持するキャリアＣＡ２、ピニオンギヤＰ２を介してサンギヤＳ２と噛み合うリングギヤＲ２を備えている。また、第３遊星歯車装置１８は、サンギヤＳ３、互いに噛み合う複数対のピニオンギヤＰ２及びＰ３、そのピニオンギヤＰ２及びＰ３を自転及び公転可能に支持するキャリアＣＡ３、ピニオンギヤＰ２及びＰ３を介してサンギヤＳ３と噛み合うリングギヤＲ３を備えている。

図１において、クラッチＣ１〜Ｃ４およびブレーキＢ１、Ｂ２は、クラッチＣｓおよびブレーキＢｓと同様に油圧アクチュエータとその油圧アクチュエータに供給される油圧により係合或いは解放される多板式のクラッチあるいはブレーキとを備える油圧式摩擦係合装置であって、第１回転要素ＲＭ１（サンギヤＳ２）は、第１ブレーキＢ１を介してケース１１に選択的に連結されて回転停止され、第３クラッチＣ３を介して中間出力部材である第１遊星歯車装置１２のリングギヤＲ１（すなわち第２中間出力経路ＰＡ２）に選択的に連結され、さらに第４クラッチＣ４を介して第１遊星歯車装置１２のキャリアＣＡ１（すなわち第１中間出力経路ＰＡ１の間接経路ＰＡ１ｂ）に選択的に連結されるようになっている。

また、第２回転要素ＲＭ２（キャリアＣＡ２およびＣＡ３）は、第２ブレーキＢ２を介してケース１１に選択的に連結されて回転停止され、第２クラッチＣ２を介して入力軸２２（すなわち第１中間出力経路ＰＡ１の直結経路ＰＡ１ａ）に選択的に連結されるようになっている。また、第３回転要素ＲＭ３（リングギヤＲ２およびＲ３）は、出力軸２４に一体的に連結されて回転を出力するようになっている。また、第４回転要素ＲＭ４（サンギヤＳ３）は、第１クラッチＣ１を介してリングギヤＲ１に連結されるようになっている。なお、第２回転要素ＲＭ２とケース１１との間には、第２回転要素ＲＭ２の正回転（入力軸２２と同じ回転方向）を許容しつつ逆回転を阻止する一方向クラッチＦ１が第２ブレーキＢ２と並列に設けられている。

図３は、自動変速機８において各変速段を成立させる際の各係合要素の作動状態を説明する図表であり、「○」は係合状態を、「（○）」はエンジンブレーキ時のみ係合状態を、空欄は解放状態をそれぞれ表している。図３に示すように、本実施例の自動変速機８は、上記各係合装置すなわち複数の油圧式摩擦係合装置（クラッチＣ１〜Ｃ４、ブレーキＢ１、Ｂ２）が選択的に係合させられることにより変速比（＝自動変速機８の入力軸回転速度Ｎ_ＩＮ／自動変速機８の出力軸回転速度Ｎ_ＯＵＴ）が異なる前進８段を含む複数の変速段が成立するようになっている。なお、各変速段の変速比は、第１遊星歯車装置１２、第２遊星歯車装置１６、および第３遊星歯車装置１８の各ギヤ比ρ１、ρ２、ρ３によって適宜定められる。

図４は、図１のエンジン９や自動変速機８、あるいはトルクコンバータ６などを制御するために車両に設けられた制御系統を説明するブロック線図である。電子制御装置７８には、エンジン回転速度センサ８０からのエンジン回転速度Ｎ_Eを示す信号、タービン回転速度センサ８２からのタービン回転速度Ｎ_Tすなわち入力軸回転速度Ｎ_INを示す信号、ステータ回転速度センサ８３からのステータ回転速度Ｎ_Ｓを示す信号、吸入空気量センサ８４からの吸入空気量Ｑ_Aを示す信号、吸入空気温度センサ８６からの吸入空気温度Ｔ_Aを示す信号、車速センサ８８からの車速Ｖすなわち出力軸回転速度Ｎ_OUTを示す信号、スロットルセンサ９０からのスロットル弁開度θ_THを示す信号、冷却水温センサ９２からの冷却水温Ｔ_Wを示す信号、油温センサ９４からの油圧制御回路３０の作動油温度Ｔ_OILを示す信号、アクセル操作量センサ９６からのアクセルペダル９８等のアクセル操作部材の操作量Ａ_CCを示す信号、フットブレーキスイッチ１００からの常用ブレーキであるフットブレーキ１０２の操作の有無を示す信号、レバーポジションセンサ１０４からのシフトレバー１０６のレバーポジション（操作位置）Ｐ_SHを示す信号などが供給されるようになっている。

電子制御装置７８は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を備えた所謂マイクロコンピュータを含んで構成されており、ＣＰＵは、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って上記各入力信号を処理し、電子スロットル弁１０８や燃料噴射装置１１０、点火装置１１２、油圧制御回路３０のリニアソレノイド弁等、あるいは電動モータ１０などに信号すなわち出力信号をそれぞれ出力するようになっている。電子制御装置７８は、このような入出力信号処理を行うことにより、エンジン９の出力制御やトルクコンバータ６のステータ６ｓの回転制御などを実行するようになっており、必要に応じてエンジン制御用や変速制御用などに分けて構成される。

本実施例においては、上記エンジン９の出力制御は、電子スロットル弁１０８、燃料噴射装置１１０、点火装置１１２などによって行われる。

自動変速機８の変速制御は、油圧制御回路３０によって行われ、例えば予め記憶された変速線図（変速マップ）から実際のスロットル弁開度θ_THおよび車速Ｖに基づいて自動変速機８の変速すべきギヤ段を決定し、その決定されたギヤ段を成立させるように前記図３に示す作動表に従ってクラッチＣ１〜Ｃ４およびブレーキＢ１、Ｂ２の係合解放状態を切り換える。

トルクコンバータ６のステータ翼車６ｓの回転制御は、油圧制御回路３０のクラッチＣｓやブレーキＢｓ、あるいは電動モータ１０によって行われる。具体的には、上記ステータ翼車６ｓの回転制御は、電子制御装置７８の指令に従って図示しないインバータから電動モータ１０に供給される駆動電流Ｉ_Dの大きさに比例する駆動トルクＴ_D、あるいは例えばその電動モータ１０から出力される発電電流Ｉ_Gの大きさに比例する制動トルクＴ_Bが適宜調整されることにより実行される。

ここで、本実施例のトルクコンバータ６において、遠心力により外周側に張り付く作動油は、トルクコンバータ６の断面において図１の流線ＦＬに沿うようにポンプ翼車６ｐ、タービン翼車６ｔ、スタータ翼車６ｓの順に循環する。図５に示すように、ポンプ翼車６ｐ、タービン翼車６ｔ、ステータ翼車６ｓは、周方向において一定間隔に隔てられた複数の羽根を備えている。図５は、各翼車におけるトルクコンバータ６内の作動油の流線ＦＬに沿った羽根の形状をそれぞれ表している。ポンプ翼車６ｐの羽根によってエネルギーが与えられることにより流動させられた作動油は、タービン翼車６ｔの羽根に作用してタービン翼車６ｔを回転させる。タービン翼車６ｔを通過した作動油は、コンバータ領域では、ステータ翼車６ｓの羽根に当たって方向変換させられた後、ポンプ翼車６ｐへ循環させられる。上記ステータ翼車６ｓの羽根に作動油が当たって方向変換させられることにより、そのステータ翼車６ｓに反力トルクが発生させられる。この反力トルクは、上記作動油の方向変換量（角度）に対応しており、後述のトルク比ｔの大きさに対応している。

角運動量の定義によれば各翼車（ポンプ翼車６ｐ、タービン翼車６ｔ、およびステータ翼車６ｓ）が作動油（流体）に与えるトルクＴ[N・m]は、次式(１)のように表される。

Ｔ＝(γ／ｇ)×Ｑ×△(ｒ×ｖ_Ｕ) ・・・式(１)

式(１)において、γはトルクコンバータ６内の作動油の比重量[kg/m³]、ｇは重力加速度[m/s²]、Ｑは上記作動油の体積流量[m³/s]、△(ｒ×ｖ_Ｕ)は各翼車における流体流の出口と入口とにおける作動油の各絶対速度のモーメントｒ×ｖ_Ｕ[m²/s]の差である。

上記式(１)から、ポンプ翼車６ｐが作動油に与えるトルクＴ_１[N・m]、タービン翼車６ｔが作動油に与えるトルクＴ_２[N・m]、およびステータ翼車６ｓが作動油に与えるトルクＴ_３[N・m]は、次式(２)乃至(４)のように表される。式(２)乃至(４)において、Ｔ_Ｐはポンプトルク[N・m]すなわちエンジントルク、Ｔ_Ｔはタービントルク[N・m]すなわち出力トルク、Ｔ_Ｓはステータ翼車６ｓの反力トルクの大きさと一致するステータトルク[N・m]すなわちステータ翼車６ｓにより作動油の流れの向きが変えられる際にそのステータ翼車６ｓに対してポンプ翼車６ｐの回転方向である正回転方向に作用するトルクである。

Ｔ_１＝ Ｔ_Ｐ ＝(γ／ｇ)×Ｑ×(Ｖ_ＵＰ×ｒ_２−Ｖ_ＵＳ×ｒ_１)・・・式(２)
Ｔ_２＝−Ｔ_Ｔ＝(γ／ｇ)×Ｑ×(Ｖ_ＵＴ×ｒ_３−Ｖ_ＵＰ×ｒ_２)・・・式(３)
Ｔ_３＝ Ｔ_Ｓ ＝(γ／ｇ)×Ｑ×(Ｖ_ＵＳ×ｒ_１−Ｖ_ＵＴ×ｒ_３)・・・式(４)

式(２)乃至(４)において、ｒ_１はポンプ翼車６ｐの流体流の出口ｂｐおよびタービン翼車６ｔの流体流の入口ａｔにおける回転軸心すなわち自動変速機８の入力軸（タービン軸）２２からの距離[m]、ｒ_２はタービン翼車６ｔの流体流の出口ｂｔおよびステータ翼車６ｓの流体流の入口ａｓにおける回転軸心からの距離[m]、ｒ_３はステータ翼車６ｓの流体流の出口ｂｓおよびポンプ翼車６ｐの流体流の入口ａｐにおける回転軸心からの距離[m]である。また、式(２)乃至(４)中において、Ｖ_ＵＰはポンプ翼車６ｐの絶対速度の円周分速度[m/s]、Ｖ_ＵＴはタービン翼車６ｔの絶対速度の円周分速度[m/s]、Ｖ_ＵＳはステータ翼車６ｓの絶対速度の円周分速度[m/s]である。

式(２)乃至(４)からＴ_１＋Ｔ_２＋Ｔ_３＝０(零)が成立するため、ポンプトルクＴ_Ｐ、タービントルクＴ_Ｔ、およびステータトルクＴ_Ｓは次式(５)のように表される。つまり、トルクコンバータ６におけるポンプトルクＴ_Ｐに対するタービントルクＴ_Ｔのトルク増加分は、ステータトルクＴ_Ｓに一致する。

Ｔ_Ｔ＝Ｔ_Ｐ＋Ｔ_Ｓ ・・・式(５)

ここで、本実施例のトルクコンバータ６は、ステータ翼車６ｓの反力が前述の電動モータ１０の回転制御により調整される駆動トルクＴ_Dあるいは制動トルクＴ_Bにより増減されることから、タービン翼車から出力される出力トルクが従来の一定容量のトルクコンバータで得られる出力トルクに対して増減させられるようになっている。

図６および図７は、上述の内容を示す本実施例のトルクコンバータ６の特性を示す図である。図６は、タービン翼車６ｔのタービン回転数Ｎ_Ｔ[rpm]とポンプ翼車６ｐのポンプ回転数Ｎ_Ｐ[rpm]との回転速度比すなわち速度比ｅ(＝Ｎ_Ｔ／Ｎ_Ｐ)に対する、タービントルクＴ_ＴとポンプトルクＴ_Ｐとのトルク比（トルク増幅率）ｔ(＝Ｔ_Ｔ／Ｔ_Ｐ)を示す図であり、図７は、上記速度比ｅ(＝Ｎ_Ｔ／Ｎ_Ｐ)に対する、容量係数Ｃ(＝Ｔ_Ｐ／Ｎ_Ｐ ^２)[N・m/rpm²]を示す図である。

図６および図７において、制動トルクＴ_Bが所定の値に調整されるかあるいはブレーキＢｓが係合されることにより、ステータ翼車６ｓがケース１１に固定され、図６の実線に示すベースラインＢｔで示すように従来の一定容量のトルクコンバータと同様に設計上定まる所定のトルク比ｔでトルクの伝達が行われる。なお、このときのトルクコンバータ６の容量係数Ｃは、図７の実線で示すベースラインＢＣで示すようになる。

また、クラッチＣｓが適宜係合された状態で電動モータ１０により駆動トルクＴ_Dが所定の値に調整されてステータ翼車６ｓがポンプ翼車６ｐと同一回転方向で回転させられると、ステータトルクＴ_Ｓが増加し、図６のステータ正転を示す長鎖線のように従来の一定容量のトルクコンバータで得られるよりも大きいトルク比ｔでトルクの伝達が行われる。このときのトルクコンバータ６の容量係数Ｃは、図７のステータ正転を示す長鎖線のようになる。なお、トルク比ｔおよび容量係数Ｃは、同じ速度比ｅであっても、電動モータ１０により駆動トルクＴ_Dがさらに増減されることにより図６および図７の矢印ａ、ｄに示すように図６のベースラインＢｔからステータ正転を示す長鎖線以上または図７のベースラインＢＣからステータ正転を示す長鎖線以下の範囲で適宜設定される。

また、クラッチＣｓおよびブレーキＢｓが解放されることによりステータトルクＴ_Ｓが零とされると、図６のステータフリーを示す１点鎖線で示すようにトルクの増大が行われず、トルク比ｔ＝１でトルクの伝達が行われる。その結果、トルクコンバータ６が流体継手として作動するようになる。このときのトルクコンバータ６の容量係数Ｃは、図７のステータフリーを示す１転鎖線のようになる。

また、制動（回生）トルクＴ_Bが所定の値に調整されるかあるいはブレーキＢｓの係合圧が所定の値に調整されてブレーキＢｓがスリップさせられると、ステータトルクＴ_Ｓがステータ翼車６ｓが固定される場合に比較して減少し、図６のステータモータ回生で示す短鎖線で示すように従来の一定容量のトルクコンバータで得られるよりも小さいトルク比ｔでトルクの伝達が行われる。このときのトルクコンバータ６の容量係数Ｃは、図６のステータモータ回生で示す短鎖線のようになる。なお、トルク比ｔおよび容量係数Ｃは、同じ速度比ｅであっても、制動（回生）トルクＴ_ＢあるいはブレーキＢｓの係合圧がさらに増減されることにより図６および図７の矢印ｂ、ｃに示すようにベースラインＢｔ又はＢＣからステータフリーで示す１点鎖線までの範囲で適宜設定される。

つまり、本実施例における電動モータ１０は、ステータ翼車６ｓをポンプ翼車６ｐの回転方向である正回転方向に回転制御することによりトルク比ｔを増加させるものである。さらに、本実施例における電動モータ１０は、その制動（回生）によってステータ翼車６ｓをポンプ翼車６ｐの回転方向とは反対の負回転方向に回転制御することによりトルク比ｔを減少させるものである。さらに、本実施例におけるブレーキＢｓは、そのスリップによってステータ翼車６ｓをポンプ翼車６ｐの回転方向とは反対の負回転方向に回転制御することによりトルク比ｔを減少させるものである。

図８は、電子制御装置７８による制御機能の要部を説明する機能ブロック線図である。変速制御手段１２０は、自動変速機８の変速を行う制御手段として機能するものである。変速制御手段１２０は、記憶手段１２２に予め記憶された変速線図から車速Ｖとエンジン９の出力を操作するアクセル開度Ａccに基づいて、自動変速機８の変速比を段階的に切り換える。

路面状態判定手段１２４は、路面状態が走行抵抗の低い状態であるか否かを判定する。例えば、圧雪路面等が前記走行抵抗の低い路面に対応している。路面状態判定手段１２４は、例えば、圧雪路走行時に選択されるスノーモードスイッチが運転者によって選択されたか否かなどに基づいて判定される。ここで、例えばスノーモードスイッチが選択されると、車両の駆動力を抑制させる必要があると判定され、後述する容量係数制御手段１３０が実施される。

低駆動力要求判定手段１２６は、運転者が低駆動力走行を要求しているか否かを判定する。具体的には、低駆動力要求判定手段１２６は、例えば、予め運転席に設けられた低駆動走行スイッチやアクセルペダル９８の踏み込み具合、或いはクリープ走行時の路面の勾配等に応じて、運転者が低駆動力走行を要求しているのか否かを判定する。ここで、低駆動走行スイッチが選択される、アクセルペダル９８の操作量であるアクセル開度Ａccが零もしくは略零であるとき、或いは、進行方向に対して急な下り勾配であるとき、運転者が低駆動力走行を要求しているものと判定され、後述する容量係数制御手段１３０が実施される。

スリップ判定手段１２８は、車両の状態がスリップ状態であるか否かを判定する。スリップの判定は、例えば前輪および後輪の回転速度を検出し、それらの回転速度差がスリップが発生したと判定される予め設定された所定値以上であるとき、車両がスリップしているものと判定する。ここで、前記回転速度差が所定値以上であるとき、車両の駆動力を抑制させる必要があると判定され、後述する容量係数制御手段１３０が実施される。

容量係数制御手段１３０は、上記路面状態判定手段１２４、低駆動力要求判定手段１２６、或いはスリップ判定手段１２８に基づいて、車両の駆動力を抑制させる必要があると判定されると、必要がない場合と比較してトルクコンバータ６の容量係数Ｃを大きくする。具体的には、上記判定が為されると、容量係数制御手段１３０は、可変容量切換手段１３２に対して、クラッチＣｓを係合させる命令を出力して、電動モータ１０とステータ翼車６ｓとを動力伝達可能な状態とし、ステータ翼車６ｓを制御することで容量係数Ｃを大きくする。なお、電動モータ１０による可変容量制御を実施する必要のないとき、可変容量切換手段１３２は、クラッチＣｓを解放すると共に、ブレーキＢｓを適宜係合させてトルクコンバータ６を通常のトルクコンバータとして機能させる。具体的には、トルクコンバータレンジではブレーキＢｓを係合させてトルク増幅させ、カップリングレンジではブレーキＢｓを解放させてステータ翼車６ｓを空転させる。なお、容量係数Ｃ(＝Ｔ_Ｐ／Ｎ_Ｐ ^２)は、入力トルクＴ_Ｐおよびポンプ回転速度Ｎ_Ｐを検出することで算出される。ここで、入力トルクＴ_ＰはエンジントルクＴＥであるので、予め設定されたエンジン回転速度ＮＥとアクセル開度Ａcc（或いはスロットル弁開度θ_ＴＨ）とをパラメータとするエンジントルクマップに基づいて算出される。また、タービン回転速度Ｎ_Ｔは、エンジン回転速度ＮＥと同様であるため、エンジン回転速度センサ８０によって検出される。

図９乃至図１１は、ベースとなるトルクコンバータの特性に応じて実施される、容量係数制御手段１３０による容量係数増加の制御態様を示すものである。図９は、ベースとなるトルクコンバータ６の容量が低い場合、図１０は、ベースとなるトルクコンバータ６の容量が高いとき、図１１は、ベースとなるトルクコンバータ６の容量がこれらの中間状態にあるときの制御態様をそれぞれ示している。なお、ベースとなるトルクコンバータ６は、予めポンプ翼車６ｐ、タービン翼車６ｔ、およびステータ翼車６ｓなどのトルクコンバータ６の形状に基づいて決定されるものである。

例えば、ベースとなるトルクコンバータ６の容量が低い場合、図９に示すように、通常走行時では、電動モータ１０を回転停止させることで、容量係数Ｃが低くなると共に、トルク比ｔが高くなる。なお、電動モータ１０の回転停止の変わりにブレーキＢｓを係合させてステータ翼車６ｓを回転停止させても構わない。この状態で、低駆動力走行を実施するとき、容量係数制御手段１３０は、電動モータ１０に所定の制動トルクを付与することで、ステータ翼車６ｓによる逆転回生を実施する。これにより、容量係数Ｃが高くなると共に、トルク比ｔが低くなる。なお、ステータ翼車６ｓは、逆転回生だけでなく、逆転駆動であっても同様の効果を得ることができる。

また、ベースとなるトルクコンバータ６の容量が高い場合、図１０に示すように、通常走行では、電動モータ１０を正転駆動させることで、容量係数Ｃが低くなると共に、トルク比ｔが高くなる。この状態で、低駆動力走行を実施するとき、容量係数制御手段１３０は、電動モータ１０を回転停止させる。これより、容量係数Ｃが高くなると共に、トルク比ｔが低くなる。なお、電動モータ１０の回転停止の変わりにブレーキＢｓを係合させてステータ翼車６ｓを回転停止させても構わない。

さらに、ベースとなるトルクコンバータ６の容量が上記の中間状態（容量中程度）の場合、図１１に示すように、通常走行時では、電動モータ１０を正転駆動させることで、容量係数Ｃが低くなると共に、トルク比ｔが高くなる。この状態で、低駆動力走行を実施するとき、容量係数制御手段１３０は、電動モータ１０の所定の制動トルクを付与することで、ステータ翼車６ｓによる逆転回生を実施する。これにより、容量係数Ｃが高くなると共に、トルク比ｔが低くなる。このように、容量係数制御手段１３０による容量係数Ｃの制御は、ベースとなるトルクコンバータ６の特性に応じて適宜変更される。

また、容量係数制御手段１３０は、現在のアクセル開度Ａccや車速Ｖに基づいてエンジン９の現在の使用領域を推定し、次のタイミングでのエンジン９の使用領域への到達を容量係数Ｃを変更することによって制御することができる。

図１２は、電子制御装置７８の制御作動の要部すなわち、車両の駆動力を抑制させる必要があるとき、トルクコンバータ６の容量係数Ｃを高くして低駆動力状態に変更する制御作動を説明するフローチャートである。

先ず、ステップＳＡ１において、レバーポジションセンサ１０４からのシフトレバー１０６のレバーポジションＰ_ＳＨが「Ｄ］、「Ｒ」、或いは「Ｌ」レンジなどの走行レンジとされた状態で、フットブレーキ１０２の踏み込みがオン状態（踏み込み状態）からオフ（解除）されると、路面状態判定手段１２４に対応するＳＡ２において、路面が走行抵抗の低い状態であるか否かが判定される。ＳＡ２が否定されると、低駆動力要求判定手段１２６に対応するＳＡ４において、運転者が低駆動力走行を要求しているか否かが判定される。ＳＡ４が否定されると、容量係数制御手段１３０に対応するＳＡ５において、容量係数制御を実施しない通常の通常発進（走行）指令が出力される。このときは、例えば可変容量切換手段１３２に切換ブレーキＢｓを係合させる命令を出力して、ステータ翼車６ｓを回転停止させる。これより、トルクコンバータ６を従来のトルクコンバータとして機能させることとなる。そして、スリップ判定手段１２８に対応するＳＡ６において、走行中の車両がスリップ状態にあるか否かが判定される。ＳＡ６が否定されると、本ルーチンは終了させられる。

そして、ＳＡ２が肯定される、すなわち路面が走行抵抗の低い状態である、ＳＡ４が肯定される、すなわち運転者が低駆動力走行を要求している、或いは、ＳＡ６が肯定される、すなわち、車両がスリップ状態にある、のいずれか１つでもあてはまると、容量係数制御手段１３０に対応するＳＡ３において、トルクコンバータ６の容量係数Ｃが大きくなるように制御される。これより、車輪に伝達される駆動力が通常時よりも小さくなる。

図１３は、ブレーキオン状態からブレーキオフされた際に容量係数制御手段１３０によって容量係数Ｃを大きくしたときの状態を示すタイムチャートである。ｔ１時点において、ブレーキオン状態からブレーキオフ（解除）されると、容量係数制御手段１３０は、容量係数Ｃを増加させる。このとき、トルクコンバータ６の特性に合わせて、電動モータ１０の逆転回生もしくは無負荷空転が実行される。この容量係数制御手段１３０による容量係数Ｃの増加は、例えば図１３の破線で示す容量係数Ｃ１のように、ｔ１時点において目標となる容量係数Ｃまで急激に引き上げ、所定時間保持させる、或いは、一点鎖線に示す容量係数Ｃ２のように、容量係数Ｃを目標となる容量係数まで徐々に引き上げる。なお、目標となる容量係数は、予め実験的に求められて記憶手段１２２に記憶されている。そして、容量係数制御手段１３０は、容量係数Ｃが目標となる容量係数となるように速度比ｅに基づくフィードバック制御を実施する。或いは、容量係数Ｃが目標となる容量係数となる電動モータ１０の回転速度が予め記憶されおり、そのデータに基づくフィードフォワード制御を実施する。なお、速度比ｅ(＝Ｎ_Ｔ／Ｎ_Ｐ)は、タービン回転速度Ｎ_Ｔとポンプ回転速度Ｎ_Ｐとを検出することで算出されるが、タービン回転速度Ｎ_Ｔはタービン回転速度センサ８２によって検出され、ポンプ回転速度Ｎ_Ｐはエンジン回転速度ＮＥによって検出される。

このように、容量係数Ｃを大きくすることで、タービン回転速度Ｎ_Ｔすなわち入力軸２２の回転速度の立ち上がりが通常よりも滑らかとなり、駆動輪から出力されるアウトプットトルクも滑らかに立ち上がることとなる。また、アウトプットトルクも容量係数Ｃが増加されない場合に比べて小さくなる。

上述のように、本実施例によれば、ポンプ翼車６ｐとタービン翼車６ｔとそのタービン翼車６ｔとポンプ翼車６ｐとの間に回転可能に配設されたステータ翼車６ｓとを有するトルクコンバータ６と、ステータ翼車６ｓを駆動させる電動モータ１０を備えることから、電動モータ１０を用いてステータ翼車６ｓをポンプ翼車６ｐの回転方向である正回転方向、およびポンプ翼車６ｐの回転方向とは反対の負回転方向へ回転させることにより、従来に比較してトルク比ｔおよび容量係数ｅの変化範囲が広範囲となるので、車両の燃費性能および動力性能を大幅に向上させることができる。

また、本実施例によれば、容量係数制御手段１３０は、車両の駆動力を抑制させる必要がある場合、必要がない場合と比較して、トルクコンバータ６の容量係数Ｃを大きくするため、車両の駆動力を抑制させる必要が生じると、トルクコンバータ６の容量係数Ｃが大きくなる。これにより、タービン翼車６ｔから出力される駆動力が小さくなるので、車輪に伝達される駆動力を容易に抑制することができる。

また、本実施例によれば、駆動力を抑制させる必要がある場合とは、車両が走行抵抗の小さい路面を走行する場合であるため、圧雪路面等の走行抵抗の小さい路面では、駆動力が低減されて、車両の不安定性が抑制されてスリップの危険性から回避される。

また、本実施例によれば、駆動力を抑制させる必要がある場合とは、低駆動力走行が要求された場合であるため、低駆動力走行が要求されると、トルクコンバータ６の容量係数Ｃを大きくすることで、駆動力を容易に低減することができる。

また、本実施例によれば、駆動力を抑制させる必要がある場合とは、車輪がスリップしたときであるため、スリップが生じるとトルクコンバータの容量係数Ｃが大きくなって、駆動力が抑制される。これより、スリップを迅速に抑制させることができる。

また、本実施例によれば、ステータ翼車６ｓと電動モータ１０との間の動力伝達経路を選択的に断続させるクラッチＣｓが設けられているため、ステータ翼車６ｓを電動モータ１０によって駆動・制動させる必要のないときはステータ翼車６ｓと電動モータ１０との動力伝達経路を遮断させることができる。これにより、電動モータ１０による引き摺り等の影響を回避することができる。

また、本実施例によれば、ステータ翼車６ｓをケース１１に選択的に断続させるブレーキＢｓが設けられているため、ステータ翼車６ｓを適宜回転停止させることができる。これより、例えばトルクコンバータレンジでは、ブレーキＢｓを接続させることでトルク増幅させ、カップリングレンジでは、ブレーキＢｓを遮断させることでステータ翼車を空転させる。すなわち、トルクコンバータ６を従来のトルクコンバータ同様に作動させることができる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。

例えば、前述の実施例では、車両用駆動装置７の後段部には、有段式の自動変速機８が設けられているが、この自動変速機８は、有段式の変速機に限定されず、例えばベルト式無段変速機などの無段変速機であっても構わない。すなわち、変速機の構造は本発明において、矛盾のない範囲で自由に変更することができる。

また、前述の実施例では、電動モータ１０とステータ翼車６ｓとを選択的に連結するクラッチＣｓおよびケース１１とステータ翼車６ｓとを選択的に連結するブレーキＢｓが設けられているが、例えばさらに、電動モータ１０と入力軸２２とを選択的に連結するクラッチを設けた構成などであっても構わない。すなわち、電動モータ１０と入力軸２２とが連結されることで、電動モータ１０をハイブリッド用の電動機として兼用することもできる。

また、前述の実施例では、電動モータ１０とステータ翼車６ｓとがクラッチＣｓを介して直接的に連結されているが、例えば、遊星歯車装置をこれらの間に介装させるなどして、遊星歯車装置によるトルク変換を可能とする構成であっても構わない。

また、前述の実施例において、ベースとなるトルクコンバータ６に基づく容量係数制御手段１３０の制御態様が記載されている（図９乃至図１１）が、これはあくまで一例であって、トルクコンバータの特性に基づいて変更されるものである。例えば、図１０のベースとなるトルクコンバータが高容量である場合に低駆動力走行を実施させるとき、電動モータ１０を回転停止させると記載されているが、電動モータ１０を無負荷空転状態とする、もしくは逆転駆動させることによっても容量係数Ｃを大きくすることができる。

また、前述の実施例では、路面状態判定手段１２４、低駆動力要求判定手段１２６、およびスリップ判定手段１２８のそれぞれの判定結果に基づいて容量係数制御手段１３０が実施されるが、必ずしもこれら全てを判定する必要はなく、これらの判定手段のうちの何れかを選択的に適用しても構わない。例えば路面状態判定手段１２４のみを判定手段として適用しても構わない。

なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

本発明の一実施例のトルクコンバータ（可変容量型トルクコンバータ）が適用された車両用駆動装置の骨子図である。 電動モータと駆動電流および発電電流との関係を示す図である。 自動変速機において各変速段を成立させる際の各係合要素の作動状態を説明する図表である。 図１のエンジンや自動変速機、あるいはトルクコンバータなどを制御するために車両に設けられた制御系統を説明するブロック線図である。 各翼車におけるトルクコンバータ内の作動油の流線に沿った羽根の形状をそれぞれ示す図である。 タービン翼車のタービン回転数とポンプ翼車のポンプ回転数との回転速度比すなわち速度比に対する、タービントルクとポンプトルクとのトルク比（トルク増幅率）を示す図である。 速度比に対する、容量係数の関係を示す図である。 電子制御装置による制御作動の要部を説明する機能ブロック線図である。 ベースとなるトルクコンバータの容量が低い場合の制御態様を示す図である。 ベースとなるトルクコンバータの容量が高い場合の制御態様を示す図である。 ベースとなるトルクコンバータの容量が中程度の場合の制御態様を示す図である。 電子制御装置の制御作動の要部すなわち、車両の駆動力を抑制させる必要があるとき、トルクコンバータの容量係数を高くして低駆動力状態に変更する制御作動を説明するフローチャートである。 ブレーキオン状態からブレーキオフされた際に容量係数制御手段によって容量係数を大きくしたときの状態を示すタイムチャートである。

符号の説明

６：トルクコンバータ ６ｐ：ポンプ翼車 ６ｔ：タービン翼車 ６ｓ：ステータ翼車 １０：電動モータ（電動機） １３０：容量係数制御手段 Ｃｓ：クラッチ（第１断続手段） Ｂｓ：ブレーキ（第２断続手段）

Claims (6)

1. ポンプ翼車と、タービン翼車と、該タービン翼車とポンプ翼車との間に回転可能に配設されたステータ翼車とを、有するトルクコンバータを備えるトルクコンバータの制御装置であって、
   前記ステータ翼車に動力伝達可能に連結された電動機と、
   前記電動機の回転速度を制御することにより前記トルクコンバータの容量係数を制御する容量係数制御手段を備え、
   前記容量係数制御手段は、車両の駆動力を抑制する必要がある場合、該駆動力を抑制する必要がない場合と比較して、前記トルクコンバータの容量係数を大きくすることを特徴とするトルクコンバータの制御装置。
2. 前記駆動力を抑制する必要がある場合とは、車両が走行抵抗の小さい路面を走行する場合であることを特徴とする請求項１のトルクコンバータの制御装置。
3. 前記駆動力を抑制する必要がある場合とは、低駆動力走行が要求された場合であることを特徴とする請求項１のトルクコンバータの制御装置。
4. 前記駆動力を抑制する必要がある場合とは、駆動輪がスリップしたときであることを特徴とする請求項１のトルクコンバータの制御装置。
5. 前記ステータ翼車と電動機との間の動力伝達経路を選択的に断続させる第１の断続手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つのトルクコンバータの制御装置。
6. 前記ステータ翼車を非回転部材に選択的に断続させる第２の断続手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つのトルクコンバータの制御装置。

Images