JP3009145B2 - 動力伝達装置の変速段切換制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はブルドーザー、ショベルカーなどの建設車両
等で使用する、トルクコンバータを備えた動力伝達装置
における変速段切換制御装置に関するものである。

（従来の技術） トルクコンバータとトランスミッションとを組合せた
動力伝達装置はディーゼルエンジンからの一定の回転速
度を，まずトルクコンバータを経て，出力回転速度を変
えることによって所要の出力トルクをトランスミッショ
ンに与え，このトランスミッションで，まず前後進クラ
ッチを介して前進又は後進に切換えをしてから，次いで
変速クラッチを介して，例えば,1速段から４速段に漸次
切換えて車軸に伝達する。

ところで，前後進クラッチを切換えて，前進から後進
に又は後進から前進に出力軸の回転方向を換えるとき，
その瞬間では車両の進行方向が未だ変っていないので，
トルクコンバータのタービン軸の回転が１時的に出力軸
側から反転される。その結果，タービンによって大きな
ブレーキトルクが発生し，このような状態のもとで変速
段クラッチを切換えるならば，クラッチ板で大きな摩擦
熱を生ずる。特に、建設車両においては頻繁に前後進を
くり返して作業することから、摩擦熱が発生してもクラ
ッチが焼損しないようクラッチのサイズを大きめにして
いる。また、出力軸の回転方向の反転を検出してできる
だけ早く切換制御するものとして、出力軸部に高精度の
２個のピックアップ式回転速度検出器を併設して、両者
の検出信号を複雑なデジタル制御回路で処理するものが
ある。

従来は，このような制御を考慮してクラッチ容量を大
きめにしたので，トランスミッションのハウジングも大
きなものとなった。

（発明が解決しようとする問題点） 前記したように前後進クラッチの切換えに際して，ト
ルクコンバータのタービンが逆転されるときに発生する
大きなブレーキトルクを避けた変速クラッチの切換えを
可能にする手段として、変速機出力軸の回転方向の反転
を検出して切換制御する装置があるが、回転速度検出器
を２個使用し、両者の検出信号をデジタル制御回路で処
理するため、装置が複雑で、高価なものとなる欠点があ
る。

（問題を解決する為の手段） 本発明の制御は上記した如く出力軸の回転速度を検出
し，これが反転に移るときの回転速度が零になる時間を
求めて，この時間が経過したときに変速クラッチの切換
電磁弁を操作する信号を出力するようにしたもので，出
力軸の歯車に接してピックアップ式の一台の通常精度の
回転速度検出器を設け，この検出信号の変化から零点に
なる時間を演算して作動信号を出力するマイクロコンピ
ュータを適用した簡単な制御装置である。

（作用） 本発明は，前後進クラッチを切換えたとき，トルクコ
ンバータのタービンブレードが反転する際に，一瞬，零
回転になる時間を，このタービンブレードとほぼ連動し
て反転するトランスミッションの出力軸の零回転を検出
する回転速度検出器をこの出力軸に設け，この検出信号
を制御装置に与えて演算して求め，この時間が経過した
ときに，自動的に変速クラッチの切換電磁弁を作動する
信号を出力するものである。

このようにしてトルクコンバータのタービンブレード
の逆回転によるタービンブレーキの作用を避けて，変速
段の切換えがなされるので，変速クラッチに与える負荷
が低減し，この容量を小さくすることができる。

（実施例） 本発明の制御装置を，前後進とも４速段のトランスミ
ッションとトルクコンバータとを組み合せた第１図のよ
うな構成の動力伝達装置について適用した場合の，各ク
ラッチの制御油圧，出力軸の回転速度及びトルクコンバ
ータの出力回転速度について経時変化を示したのが第２
図である。

又，前後進クラッチの切換え後，トルクコンバータの
タービン軸が反転する際の零回転になる時間を，トラン
スミッションの出力回転速度の検出信号から演算して求
める制御装置を第３図に，その制御のフローチャートを
第４図に示す。

まず第１図について伝達装置の構成を説明する。１は
ディーゼルエンジン（図示せず）に接続するトルクコン
バータ２の入力軸で，インペラ３と一体に回転して，ト
ルクコンバータ２のサーキット４内の充油が循環され，
そのポンプ作用によってタービン５が回転される。イン
ペラ３とタービン５との間には，循環流を反転するため
ステータ６が，ハウジングに固定されたステータ軸７に
フリーホイル８を介して軸支されている。

このタービン５と一体のタービン軸９は継手10を介し
てトランスミッション11の入力軸12に接続し，この入力
軸12には前進クラッチ13と後進クラッチ14が,1,3速軸15
には１速クラッチ16と３速クラッチ17が，及び,2,4速軸
18には２速クラッチ19と４速クラッチ20が，それぞれ対
向させて一体的に設けられ，各クラッチの入力側は軸と
一体に，出力側は歯車で噛合せるように構成されてい
る。

トランスミッションへの入力は入力軸12から前進クラ
ッチ13,又は，後進クラッチ14のどちらかに切換えら
れ，次いで,1速段から４速段までの変速クラッチ16,17,
19及び20のいづれかに切換えられ歯車の噛合せを経てト
ランスミッション11の出力軸21から車軸（図示せず）に
出力される。

第３図において，トランスミッション11の出力軸21
に，この出力軸21と一体の歯車22に接近させて電磁ピッ
クアップ式の回転速度検出器23を設け，このパルス信号
24を増幅器25で増幅し，分周器26で分周してから，マイ
クロコンピュータ27に与える。マイクロコンピュータ27
はCPU28,分周器26からのパルス信号をカウントするカウ
ンター29,プログラム及び演算用の定数を記憶したROM3
0,入力及び演算結果のデータを記憶するRAM31,外部スイ
ッチ32,33,34,35,36,37,38及び切換電磁弁39,40,41,42,
43,44,45と接続するI/Oポート46及び比例電磁弁47に接
続するD/Aコンバータ48からなっている。

このような構成のもとで，仮に３速クラッチ17と後進
クラッチ17とが嵌されて車両が３速段で後進している状
態から前進に切換える場合について，その作動を第２図
を参照して説明する。第２図において，まず経過時間t₁
で，それまで維持してきた後進３速から前進３速の状態
に，後進クラッチを前進クラッチに切換えることによっ
てなされる。

この際，後進クラッチのクラッチ作動油圧P_rはp₃から
零に急に減少し，前進クラッチの作動油圧P_fは比例電磁
弁の作動によって，瞬時，やや高い油圧を与えられてク
ラッチピストン室に圧油をすみやかに充填し，その後，
油圧を下げてから漸次上昇してt₂秒後に中間の油圧p₂を
与える。この油圧p₂のもとで前進クラッチはスリップし
ながら緩やかに直結を完了し,t₃秒後に油圧を最大のp₃
にして直結を確実なものにする。

この間,3速クラッチの作動油圧P_IIIは最大値p₃に維持
され直結の状態にある。このようにクラッチの切換えが
なされる間，後進の回転速度r₂を示していた出力軸は，
時間t₁から減少して,t₄に達すると零となり，その後，
反転して前進の方向に増加していく（Ro）。一方トルク
コンバータの出力回転速度（Rt）はr₁から急激に減少し
て零点を越えて逆転し,t₂で最大の逆回転速度r₃に達
し，その後，除々に減少してt₄に接近すると再び零回転
となり，それから出力軸と同方向に回転し始めるが，こ
の零点で変速クラッチの切換がなされるわけである。こ
の零点を，本発明営では、一般に市販されている電磁ピ
ックアップ式の回転速度検出器を１個出力軸に設けて、
回転速度の絶対値を検出するようにしたもので、前後進
クラッチの切換操作がなされてから短い一定の間隔で断
続的に検出し，この検出値が一定の制限値に達したら，
それ以前の検出値の変動から出力軸の回転速度が零にな
る所要時間をマイクロコンピュータで演算して求め，こ
の時間が経過（t₄）したら，これまで嵌されていた３速
クラッチ17を脱にし,1速クラッチ16を嵌する信号を出力
する。

この１速への切換えの際，前進クラッチは嵌のままで
あるが，変速クラッチの切換えショックを防止するため
に，比例電磁弁を制御して一旦前進クラッチの油圧P_fを
下げてスリップ状態とし，次に除々に中間圧p₂まで増大
して，この中間圧p₂にしばらく維持して緩かに直結す
る。しかる後，油圧を最大のp₃に上げて直結を確実にす
る。このようにして一速の出力回転速度が達成されたな
らば，以降，時刻t₅及びt₆でそれぞれ２速及び３速の切
換操作がなされ，嵌合ショックを防止するため，各クラ
ッチの油圧がP_II,P_IIIのように調整して，トルクコンバ
ータのタービン軸及びトランスミッションの出力軸の回
転速度をそれぞれRt及びRoのように制御する。

上記では後進３速から前進３速に切換える場合の作動
について述べたが,2速及び４速の後進から前進への，
又，逆に2,3及び４速の前進から後進への切換えも同様
に操作することによって達成されるものである。

上記した後進３速段の状態にあるものを前進の１速段
に変速する制御について第３図と第４図を参照して記述
する。

まず切換信号としての前進スイッチ32を投入すると同
時に電磁ピックアップ式の回転速度検出器23からのパル
ス信号をカウンター29がカウントし、計算周期ごとにカ
ウント値を読み込んでCPU28で回転速度を演算し、この
値を一旦,RAM31にストアする（ａ）。次いで，後進切換
弁40への信号をオフして，前進切換弁39への信号をオン
する。又，これと同時に,D/Aコンバータ48を介して比例
電磁弁47に，第２図に示したような作動油圧P_f（t₁〜
t₃）を出力するように制御して切換時の嵌合ショックを
防止する。その後，再び，出力回転速度を上記と同様に
演算し，ストアする（ｂ）。次いで、この（ｂ）と先の
（ａ）を比較してｂ＞ａならば、すでに出力軸の回転方
向が反転し、切換後の出力軸回転速度が上昇して切換信
号投入時より増大していることを意味するから、回転速
度が零になる時間を予測することは不可能なのでプログ
ラムを終了して３速から１速への切換操作がなされる。
逆にｂ＜ａであるならば、まだ出力軸の回転方向が反転
していないので回転速度検出器が正常に検出する可能限
界回転速度（以下設定値と称す）ｓと比較してｂ≦ｓな
らば，検出設定値を越えて出力回転速度が充分に減速さ
れていることを意味するから，上記と同様にプログラム
を終了して切換操作が実行される。未だ，出力回転速度
が大きくてｂ＞ｓであるときは，出力回転速度の検出を
継続して出力回転速度C₁とその測定時刻t₁をメモリRAM3
1にストアし，次いで設定値ｓと比較し,cが設定値以下
であるときは，再び出力回転速度c₂と，その時刻t₂をス
トアし，以下同様にして設定値ｓを越えるまで繰返して
回転速度及び時刻を，最終回分とその前回分の２点だけ
をストアして残し，これ以前の値はメモリから順次抹消
していく。そしてｎ＋１回目の出力回転速度c_n+1が設定
値ｓを越えたときは，ストアされているｎ回目の値c_n,t
_n及び一つ前のｎ−１回目のc_n-1,t_n-1から出力回転速度
がほぼ零になるような時刻を演算する。この演算式は出
力回転速度に対する時刻の変動率（t_n−t_n-1）／（c_n-1
−c_n）と,n回目の出力回転速度c_nを乗じて回転速度がほ
ぼ零になるのに要する時間を演算し，これをカウントし
て，所要時間が経過した後,I/Oポート46より,3速切換弁
44への信号をオフし,1速切換弁42への信号をオンする信
号を出力して３速クラッチを脱にするとともに１速クラ
ッチを嵌する。この切換えと同時に切換時のショックを
防止するため,D/Aコンバータ48を経て，比例電磁弁47に
よって与えられる前進クラッチの油圧を一旦切って，零
から除々に昇圧し，中間の油圧p₂に維持して，この間に
スリップしながらクラッチを嵌合し，その後，高圧p₃に
昇圧してクラッチの結合を完全にする制御信号を出力す
る。作動のところで説明したような１速→２速→３速の
切換えについても，マイクロコンピュータによって自動
的に切換弁のオン・オフ及び油圧の制御がなされるが，
説明を省略する。

（発明の効果） 本発明ではトランスミッションの前後進の切換えに際
して，変速段のクラッチの容量を増大するような過剰の
トルクを与えないように変速段のクラッチの切換えを出
力軸の回転速度が逆転から正転に移るときの零回転にな
った条件下で実施するもので，その零点の検出を,1個の
通常の回転速度検出器を用いて，回転速度の検出値をマ
イクロコンピュータに与え，回転速度の変動に対する時
刻の変動率を求め，これに回転速度を乗じて，出力回転
速度がほぼ零になる時間を演算し，その時間に達すると
きは，マイクロコンビュータによって自動的にクラッチ
切換弁のオン・オフとクラッチの油圧を操作するように
したので，簡単で低廉な制御装置によって，しかも，高
精度の制御が得られ，その効果は大きなものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御装置が取付けられる動力伝達装置
の１実施例を，第２図は本発明の制御装置によるクラッ
チ油圧及びトルクコンバータと出力軸の回転速度の経時
変化を，第３図と第４図は本発明の制御装置の制御回路
と制御のフローチャートを，それぞれ図示したものであ
る。 ２……トルクコンバータ,5……タービンブレード,11…
…トランスミッション,13……前進クラッチ,14……後進
クラッチ,15,16,17,18……変速クラッチ,21……出力軸,
23……回転速度検出器,27……マイクロコンピュータ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ディーゼルエンジンで、トルクコンバータ
   とトランスミッションを介して車軸を駆動する動力伝達
   装置において、トランスミッションの出力軸に単一の回
   転速度検出器を設け、トランスミッションの前進クラッ
   チと後進クラッチとの間で切換えがなされたとき、トル
   クコンバータのタービンブレードの逆回転によって発生
   するブレーキトルクを受けて減少する出力軸の回転速度
   を検出し、この出力軸の回転方向が反転する際の、回転
   が停止する零点に到達する時間を演算し、前記演算した
   時間の経過後に高速段から１速段への変速クラッチの切
   換え操作をするようにしたことを特徴とする動力伝達装
   置の変速段切換制御装置。
2. 【請求項２】出力軸に単一の回転速度検出器を設け、出
   力軸の回転速度を微小の一定経過時間ごとに測定し、そ
   の測定値が検出制限設定値を越えたときは、その寸前に
   計測された二点の時間差を二点の回転速度差で除して回
   転変動率を求め、この回転変動率に、回転速度の最終計
   測値を乗じて回転速度が零になる時間を演算して自動的
   に変速クラッチの切換え信号を出力するようにしたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の動力伝達装置
   の変速段切換制御装置。