JP3931033B2 - 自動変速機の制御装置および制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車における自動変速機の制御装置および制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
歯車式変速機の機構を用いた自動車の制御装置の従来例としては、特開2000−６５１９９号公報に記載のものがある。
【０００３】
この技術は歯車式変速機の最小変速比となるギアに摩擦クラッチを設け、変速時は前記摩擦クラッチの係合により変速機の入力軸回転数を低下させ、かつ前記摩擦クラッチにより伝達されたトルクにより変速中のトルク低下を抑制してスムーズな変速をするものである。
【０００４】
このような歯車式変速機を用いた変速においては、一般に制御装置からの変速判断に基づき、前記摩擦クラッチの係合と共に、噛合い式クラッチを中立状態へ解放して多段変速ギア機構の伝達経路を切り換えて変速が実行される。
【０００５】
従来、上記係合・解放する双方のクラッチを制御して変速する、いわゆるクラッチ架け替えによる変速では、双方のクラッチが共に係合状態（オーバーラップ状態）となってタイアップを生じたり、又は上記クラッチが共に解放状態（アンダーラップ状態）とならないよう制御される。具体的には、係合すべく上記摩擦クラッチの伝達トルクを徐々に上昇させると共に、変速判断を決定した時期から所定時間経過したことを検出して上記噛合い式クラッチを中立状態へ解放するといった制御が行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、各製品の固体差による初期のバラツキおよび経年変化等による特性バラツキにより、架け替え変速における摩擦クラッチと噛合い式クラッチとのオーバーラップ状態やアンダーラップ状態が発生し、変速フィーリングが著しく悪化するといった課題がある。
【０００７】
そこで本発明は、摩擦クラッチおよび噛合い式クラッチの架け替え変速に際し、上記係合すべく摩擦クラッチの伝達トルクを検出または演算し、上記検出または演算された値に基づいて、解放すべく噛合い式クラッチを中立状態へ解放する時期を決定することで、各製品の固体差による初期のバラツキおよび経年変化等に対して常に安定したクラッチ架け替えを実現し、良好な変速品質を確保する自動変速機の制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解消するため、本発明は歯車式変速機の入力軸と出力軸の間にトルク伝達手段を有し、少なくとも一つの変速段の前記トルク伝達手段を摩擦クラッチとし、その他の変速段の前記トルク伝達手段を噛合い式クラッチとし、一方の変速段から他方変速段へ変速する際に前記摩擦クラッチを制御する自動変速機の制御装置であって、前記所定変速段への変速の際に、前記摩擦クラッチの伝達トルクが、エンジン側から前記噛合い式クラッチに掛かる伝達トルク以上のときに又はエンジン側から前記噛合い式クラッチに掛かる伝達トルクを超えたときに、前記噛合い式クラッチを中立状態へ解放する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。
【００１０】
図１は本発明の一実施形態による自動変速機とその制御装置の構成図である。
【００１１】
エンジン１にはエンジントルクを調節する電子制御スロットル２、前記エンジン１の回転数Ｎｅを計測する回転数センサ３４が設けられており、エンジン１のトルクを高精度に制御することが可能である。前記エンジン１で発生したトルクは、クラッチ４、およびエンジン１と出力軸６との間に設けられた歯車式変速機構を経て出力軸６に伝達される。クラッチ４はシリンダ７の油圧によって係合解放が行われる。シリンダ７の油圧はワイヤ８を介してクラッチ４に作用し、クラッチ４はエンジン側のフライホイール３に押し付けられることにより係合する。
【００１２】
歯車式変速機の基本構成は、入力軸５と出力軸６および変速段を構成するそれぞれの軸に取り付けられた複数個の歯車からなる。
【００１３】
前記エンジン１からのトルクは、クラッチ４を介して入力軸５から変速段毎に用いられる歯車を経て出力軸６に伝達される。これら複数の歯車のうち、歯車９，歯車１０は入力軸５に固着されて回転し、歯車１６，歯車１７および歯車１８は出力軸６に固着されて回転している。その他の歯車はそれぞれの軸に対して空転している。
【００１４】
噛合い式クラッチ２５および２６はクラッチハブ２１，スリーブ２２，シンクロナイザリング２３，ギアスプライン２４から構成されている。前記噛合い式クラッチ２５および２６は、シフトフォーク２７がストロークすることにより係合解放し、係合時には隣接する歯車を空転している軸と同期させて回転する。また、中立状態となる解放時には、隣接する歯車は空転状態となり、動力伝達が行われない。前記シフトフォーク２７はシリンダ２８および２９に作用する油圧によって動作する。
【００１５】
歯車１０および歯車１４は各々固着された軸の回転数検出器として用いられ、回転数センサ３５および３６により、それぞれ入力軸回転数Ｎｉおよび出力軸回転数Ｎｏを検出することが可能である。
【００１６】
入力軸５に取り付けられた歯車１３は摩擦クラッチ１９を有しており、前記摩擦クラッチ１９の係合により歯車１８を介して入力軸５から出力軸６へトルク伝達が可能である。前記摩擦クラッチ１９には湿式多板クラッチが用いられており、ピストン２０に作用する油圧により係合解放する。ここで、図１における実施形態は前記摩擦クラッチ１９を入力軸に取り付けた構造であるが、第３軸を新たに設けその軸上に前記摩擦クラッチ１９を設置し出力軸へ動力を伝達する構成としてもよい。
【００１７】
通常の手動変速機においては、変速の際に前記クラッチ４を解放しエンジン１から出力軸６への動力伝達を一時的に遮断する。この間に前記噛合い式クラッチ２５および２６を動作させて所定の変速比となるよう前記歯車を選択し、その後前記クラッチ４を再び係合することで変速が実行される。このような変速においては、変速中におけるトルク中断が発生し乗員に違和感を与えてしまう。しかし、図１に示す歯車式変速機構では、クラッチ４が係合した状態で前記摩擦クラッチ１９を滑らせて入力軸５の回転数を低下させることにより変速を行うので、変速中のトルク中断を抑制し良好な変速特性が実現する。
【００１８】
次に、前記エンジン１，前記アクチュエータ３０，３１，３２および３３を制御する制御装置３７について説明する。制御装置３７にはスロットル開度ＴＶＯ，アクセルペダル踏込量ＡＰＳ，噛合い式クラッチ位置ＳＦＴＳＥＮ，回転数センサ３４から検出されたエンジン回転数Ｎｅ，回転数センサ３５から検出された入力軸回転数Ｎｉおよび回転数センサ３６から検出された出力軸回転数Ｎｏが入力される。制御装置３７内では、前記エンジントルクを発生させるべくスロットルバルブ開度，燃料量および点火時期が演算され、それぞれのアクチュエータ（例えば電子制御スロットル２）が制御される。
【００１９】
また、伝達トルク検出手段３８では、変速初期において摩擦クラッチ１９が有する伝達トルクを検出し、その値が前記制御装置３７へ入力される。これを用いて、解放時期決定手段３９において、噛合い式クラッチ２５および２６を中立状態へと解放する最適時期を決定し、アクチュエータ３１，３２を制御する。
【００２０】
このような構成とすることで、クラッチの架け替えタイミングを最適化し、係合すべく摩擦クラッチと解放すべく噛合い式クラッチとのオーバーラップ状態やアンダーラップ状態を生じることなく、良好な変速特性を実現することができる。
【００２１】
図２は、従来の一般的な制御方法によるアップシフト時の変速特性で、クラッチ解放タイミングがずれた場合の影響を示す概要図である。図２は、ドライバがアクセルペダル一定で踏んでいる状態（パワーオン状態）でアップシフトする際のタイムチャートである。
【００２２】
ドライバのアクセルペダル操作に基づいて制御される前記電子制御スロットル２のスロットル開度ＴＶＯおよび前記回転センサ３６により検出された出力軸回転数Ｎｏより、前記制御装置３７内の変速マップに基づき変速判断、例えば１→２変速のアップシフト判断がなされる。そして、前記係合すべく摩擦クラッチ１９および解放すべく噛合い式クラッチ２５および２６への変速制御が開始される。
【００２３】
変速開始と同時に、摩擦クラッチ１９への油圧（係合側油圧）Ｐｃが所定高圧Ｐｓ１になるように制御信号を前記アクチュエータ３３に出力する。該所定高圧（プリチャージ圧）Ｐｓ１は、ピストン２０内の油圧室を充填するために必要な油圧に設定されており所定時間ｔ１保持される。該所定時間ｔ１が経過すると、係合側油圧Ｐｃは所定油圧Ｐｓ２に設定される。該所定油圧Ｐｓ２は摩擦クラッチ１９が伝達トルクを有する直前の値に設定されており、所定時間ｔ２が経過するまで保持される。該所定時間ｔ２が経過すると、係合側油圧Ｐｃは所定勾配ｄＰでスイープアップさせ、摩擦クラッチ１９の伝達トルクを徐々に増加させていく。
【００２４】
ここで、前記変速判断からの所定時間ｔｓが経過すると、前記噛合い式クラッチ２５への位置指令ＳＦＴＰＯＳを１速から中立状態へと切り換え、アクチュエータ３１および３２を制御することにより噛合い式クラッチ２５および２６が解放される。
【００２５】
そして、前記噛合い式クラッチ２５および２６が解放された後は係合側油圧Ｐｃを所定油圧Ｐｓ３に設定し、入力軸回転数Ｎｉを目標となる変速時間に収まるようフィードバック制御する。
【００２６】
ここで、図２における実線で示す波形は、クラッチの架け替えタイミングが最適となっており、出力軸トルクの変動が無く良好な変速特性が実現している。これに対して、図２における一点鎖線はアンダーラップ状態の波形を示している。該アンダーラップ状態は、前記摩擦クラッチ１９において伝達トルクを有していない状態で前記噛合い式クラッチ２５および２６を解放したため、前記出力軸６に急激に負荷が加わり、その結果トルク変動が生じてしまっている。一方、図２における破線で示す波形はオーバーラップ状態の波形を示している。該オーバーラップ状態は、前記摩擦クラッチ１９が充分な伝達トルクを有したにも係わらず、前記噛合い式クラッチ２５および２６を解放せず双方のクラッチが共に係合状態となった場合に生じ、前記出力軸６に掛かる負荷が急激に減少し、その結果トルク変動が発生している。
【００２７】
以上のように、クラッチ架け替えにおいて前記摩擦クラッチ１９が所定の伝達トルクを有した時期を認識して、前記噛合い式クラッチ２５および２６の解放を実行しなければ、アンダーラップ状態やオーバーラップ状態となり、変速フィーリングが著しく低下してしまう。
【００２８】
図３は、本発明の一実施形態による自動変速機の制御装置に用いる係合側クラッチ伝達トルク検出手段の一実施例である。
【００２９】
前記噛合い式クラッチ２５および２６は、図３に示すアクチュエータ３１および３２にて制御される。ここでは、比例電磁式圧力制御弁が用いられており、コイルに流れる電流に比例した油圧が出力され高精度な油圧制御が可能である。前記圧力制御弁から出力される油圧により、シリンダ２７のピストンに連動したシフトフォークをストロークさせ、前記噛合い式クラッチ２５および２６を例えば１速−中立−２速状態へと動作させる。また、前記２つの圧力制御弁から所定値以上の油圧が出力されている場合には、上記噛合い式クラッチ２５および２６は中立状態となる。シリンダのストロークは、位置センサ（図示していない）の信号ＳＦＴＳＥＮを上記制御装置３７に取り込んで制御され、噛合い式クラッチ２５および２６が所定の位置を保持するよう、前記圧力制御弁をフィードバック制御する。また、噛合い式クラッチ２５および２６が所定ギア位置に完全にストロークし嵌合すると、機械的にその状態を保持することが可能であるので、前記圧力制御弁での消費電力を軽減すべく前記油圧制御弁の動作をＯＦＦしてもよい。
【００３０】
一方、前記摩擦クラッチ１９を制御するアクチュエータ３３も同様に比例電磁式圧力制御弁が用いられる。前記圧力制御弁から出力される油圧により摩擦クラッチ１９内のピストン（図示していない）を動作させ、摩擦クラッチ１９の摩擦プレート（図示していない）を圧着して動力を伝達する。ここで、摩擦クラッチ１９への油圧配管に油圧センサ４０が設けられており、摩擦クラッチ１９に作用する油圧を検出する。クラッチ部において発生する伝達トルクは下記（１）式のように算出される。
【００３１】
Ｔｃ＝μ・Ｒ・Ｎ（Ａ・Ｐｃ−Ｆ） …（１）
μ ：摩擦係数 Ｒ：クラッチ有効半径
Ｎ ：プレート枚数 Ａ：ピストン受圧面積
Ｐｃ：クラッチ作動油圧 Ｆ：クラッチ反力
上記のように、摩擦クラッチ１９に作用する油圧を油圧センサ４０により検出することにより、摩擦クラッチ１９において有する伝達トルクを算出し前記噛合い式クラッチ２５および２６を解放する最適タイミングを決定することができる。
【００３２】
図４は、本発明の一実施形態による自動変速機の制御装置に用いる解放側クラッチ解放時期決定手段３９の処理内容を示すフローチャートである。
【００３３】
アップシフト変速制御開始に伴い直ちに解放時期決定制御となるが、各種センサよりスロットル開度ＴＶＯおよびエンジン回転数Ｎｅを読み込む(Ｓ１，Ｓ２)。次に、上記読み込んだ値より予め実験により求めた前記エンジン１の特性に基づいて、エンジン１から出力されるエンジントルク推定値Ｔｅを算出する(Ｓ３)。次に前記Ｔｅよりエンジン側から前記噛合い式クラッチ２５に掛かる伝達トルクＴｃｅを算出する（Ｓ４）。また、前記油圧センサ４０より前記摩擦クラッチ１９に作用する油圧Ｐｃ１を読み込む（Ｓ５）。次いで、前記油圧により前記摩擦クラッチ１９において発生し、前記噛合い式クラッチ２５に掛かる伝達トルクＴｃｐを算出する（Ｓ６）。
【００３４】
ここで、前記Ｔｃｅと前記Ｔｃｐとを比較して（Ｓ７）、Ｔｃｐが上回っていない場合（Ｔｃｐ≦Ｔｃｅ）には摩擦クラッチ１９の伝達トルクが不十分と判断し、噛合い式クラッチ２５を１速状態に保つよう、前記アクチュエータ３１および３２への油圧指令を出力する（Ｓ８）。一方、Ｔｃｐが上回った場合つまり前記Ｔｃｐが所定の値を超えたとき（Ｔｃｐ＞Ｔｃｅ）には摩擦クラッチ１９の伝達トルクが所定値に達したと判断し、噛合い式クラッチ２５を中立状態となるようアクチュエータ３１および３２への油圧指令を出力する（Ｓ９）。また、前記Ｓ７において“＞”を“≧”に代えても良い。
【００３５】
以上述べたように、係合すべくクラッチにおいて発生する伝達トルクを油圧センサを用いて検出することにより、容易かつ高精度にて変速中の架け替えタイミングを合わせることができ、良好な変速特性が実現する。
【００３６】
図５は、本発明の一実施形態であり、自動変速機の制御装置に用いる伝達トルク検出手段の一実施例として、加速度センサを用いた場合の実験結果である。
【００３７】
加速度センサを車両に設置し、変速時における車両前後加速度を計測して前記係合すべく摩擦クラッチ１９の伝達トルクを検出する。具体的には、図５に示すように、変速判断からの前後加速度の平均値を算出し、これを基準として前後加速度が所定値を下回った時点を前記噛合い式クラッチの解放時期とする。実験では、図５に示すように係合側クラッチの油圧を固定し、前記所定値をそれぞれ０.１Ｇ，０.１５Ｇ，０.３Ｇ に設定して解放タイミングを変化させ、その時の変速特性を比較した。
【００３８】
図５に示すように、変速時の前後加速度のレベル判定により、アンダーラップ状態(設定値：０.１Ｇ）やオーバーラップ状態(設定値：０.３Ｇ）とならず、良好な変速特性が得られる(設定値：０.１Ｇ）ことが分かる。よって、この設定値を運転条件により適合すればよい。
【００３９】
図６は、本発明の一実施形態による自動変速機の制御装置に用いるクラッチ解放時期決定手段３９の処理内容を示すフローチャートである。
【００４０】
アップシフト変速制御開始に伴い、まず加速度センサより車両の前後加速度Ｇを読み込む（Ｓ１０）。次に変速判断決定からの経過時間Ｔｍが予め定められた平均値算出期間ｃＴｍＬｍｔの期間か否かの判定を行う（Ｓ１１）。上記算出期間内の場合は、上記前後加速度Ｇの平均値Ｇａｖｅを算出し（Ｓ１２）、再度Ｇの読み込みを実行する（Ｓ１０）。
【００４１】
また、上記期間を越えた場合には前記噛合い式クラッチ２５の解放時期決定の判定を行う（Ｓ１３）。具体的には下記に示す判定式（２）に基づく。
【００４２】
Ｇａｖｅ−ｃＧ＞Ｇ …（２）
上記ｃＧは解放時期判定前後加速度であり、係合すべく摩擦クラッチ１９が所定の伝達トルクを有したことを検出し、噛合い式クラッチ２５の解放時期を決定する値である。上記ｃＧは図７に示すように、アクセル開度毎に設けられたテーブルデータであり、予め実験により最適値を適合し前記制御装置３７に記憶しておく。また、上記テーブルデータは１−２変速，２−３変速などの変速パターン毎に設けられている。
【００４３】
ここで、前記前後加速度Ｇが判定レベルを下回っていない場合には摩擦クラッチ１９への伝達トルクが不十分と判断し、噛合い式クラッチ２５を１速状態に保つよう、アクチュエータ３２および３３への油圧指令を出力する（Ｓ１４）。一方、レベルを下回った場合には摩擦クラッチ１９の伝達トルクが所定値に達したと判断し、噛合い式クラッチ２５を解放し中立状態となるようアクチュエータ３２および３３への油圧指令を出力する（Ｓ１５）。以上のステップＳ１３〜Ｓ１５は、前述のステップＳ７〜Ｓ９と同様である。
【００４４】
以上述べたように、加速度センサ信号を用いて噛合い式クラッチを解放する最適な時期を決定することにより、安価な構造で変速中の架け替えタイミングを合わせることができ、変速フィーリングを向上させることができる。
【００４５】
図８は、本発明の一実施形態であり、自動変速機の制御装置に用いる伝達トルク検出手段の一実施例として、出力軸回転数変化率を用いた場合の動作を示すタイムチャートである。
【００４６】
前記回転数センサ３６にて検出した出力軸回転数Ｎｏの微分値（出力軸回転数変化率ｄＮｏ）を算出し、変速時における前記ｄＮｏを用いて前記係合すべく摩擦クラッチ１９の伝達トルクを検出する。具体的には、前述の加速度センサ信号と同様に図８に示すように変速判断からの出力軸回転数変化率ｄＮｏの平均値を算出し、これを基準としてｄＮｏが所定値を下回った時点を前記噛合い式クラッチの解放時期とする。
【００４７】
ここで、ｄＮｏを算出する際に車両が走行している路面状況によっては、ノイズの影響により、前記解放時期の誤判定が生じてしまう。そこで、変速判断から所定時間は解放時期の認識を行わない判定禁止期間を設け、この期間で前記平均値を算出する。その後、解放時期認識期間においてｄＮｏのレベル判定を実行する。また、何らかの要因により解放時期の認識が不可能だった場合には、前記噛合い式クラッチ２５が解放されず極端なオーバーラップ状態となり変速機を破損する可能性がある。そこで、変速判断から所定時間経過しても解放時期が認識されなかった場合には、強制的にクラッチ解放を実行するような動作とする。
【００４８】
以上述べたように回転数変化率を用いて噛合い式クラッチを解放する最適な時期を決定することにより、安価な構造で変速中の架け替えタイミングを合わせることができ、変速フィーリングを向上させることができる。また、変速判断から所定期間，解放時期判定を禁止することにより、例えば路面の段差等による外乱を排除して架け替えタイミングを正確に検出することができる。
【００４９】
次いで図９に、本発明の一実施形態であり、自動変速機の制御装置において回転数を高精度に検出する動作を示すタイムチャートを示す。
【００５０】
前記出力軸回転数変化率を算出するに際し、その基本となる出力軸回転数Ｎｏを前記制御装置３７において高精度に検出する。図９に示すように前記回転数センサ３６よりセンサパルスが出力されてくる。パルスカウンタは回転数センサパルスの立ち上がりを検出してカウントアップしていき、またクロックカウンタは回転数センサパルスがＯＮしている期間のみカウントアップしていく。出力軸回転数Ｎｏの算出は一定周期毎の時間割込で実行し（例えば１０ｍｓ）、このときの前記パルスカウンタの値ΔＰｃおよびクロックカウンタの値Ｔとにより、下記に示す（３）式により算出する。
【００５１】
Ｎｏ＝Ｔ／ΔＰｃ …（３）
以上述べたように出力軸回転数を算出することにより、低回転域での回転数検出精度を向上させると共に、高回転域での割り込み負荷を軽減することが可能となる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、各製品の固体差および経年変化に基づくバラツキによるアンダーラップおよびタイアップを生じた場合においても、摩擦クラッチが伝達トルクを有したことを検出し噛合い式クラッチを中立状態へ解放するので、変速中の架け替えを良好にして常に安定した変速フィーリングを実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による自動変速機とその制御装置の構成図である。
【図２】従来の一般的な制御方法によるアップシフト時の変速特性で、クラッチ解放タイミングがずれた場合の影響を示す概要図である。
【図３】本発明の一実施形態による自動変速機の制御装置に用いる係合側クラッチ伝達トルク検出手段の一実施例である。
【図４】本発明の一実施形態による自動変速機の制御装置の処理内容を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第二実施形態として加速度センサを用いた場合の実験結果である。
【図６】本発明の第二実施形態による自動変速機の制御装置の処理内容を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第二実施形態の制御装置に備えられるクラッチ解放決定手段のマップ図である。
【図８】本発明の第三実施形態として出力軸回転数変化率を用いた場合の動作を示すタイムチャートである。
【図９】本発明の一実施形態として、自動変速機の制御装置において回転数を高精度に検出する動作を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１…エンジン、５…入力軸、６…出力軸、９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８…歯車、１９…摩擦クラッチ、２５，２６…噛合い式クラッチ、３０，３１，３２，３３…アクチュエータ、３７…制御装置、３８…係合側クラッチ伝達トルク検出手段、３９…クラッチ解放時期決定手段。
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車における自動変速機の制御装置および制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
歯車式変速機の機構を用いた自動車の制御装置の従来例としては、特開2000−６５１９９号公報に記載のものがある。
【０００３】
この技術は歯車式変速機の最小変速比となるギアに摩擦クラッチを設け、変速時は前記摩擦クラッチの係合により変速機の入力軸回転数を低下させ、かつ前記摩擦クラッチにより伝達されたトルクにより変速中のトルク低下を抑制してスムーズな変速をするものである。
【０００４】
このような歯車式変速機を用いた変速においては、一般に制御装置からの変速判断に基づき、前記摩擦クラッチの係合と共に、噛合い式クラッチを中立状態へ解放して多段変速ギア機構の伝達経路を切り換えて変速が実行される。
【０００５】
従来、上記係合・解放する双方のクラッチを制御して変速する、いわゆるクラッチ架け替えによる変速では、双方のクラッチが共に係合状態（オーバーラップ状態）となってタイアップを生じたり、又は上記クラッチが共に解放状態（アンダーラップ状態）とならないよう制御される。具体的には、係合すべく上記摩擦クラッチの伝達トルクを徐々に上昇させると共に、変速判断を決定した時期から所定時間経過したことを検出して上記噛合い式クラッチを中立状態へ解放するといった制御が行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、各製品の固体差による初期のバラツキおよび経年変化等による特性バラツキにより、架け替え変速における摩擦クラッチと噛合い式クラッチとのオーバーラップ状態やアンダーラップ状態が発生し、変速フィーリングが著しく悪化するといった課題がある。
【０００７】
そこで本発明は、摩擦クラッチおよび噛合い式クラッチの架け替え変速に際し、上記係合すべく摩擦クラッチの伝達トルクを検出または演算し、上記検出または演算された値に基づいて、解放すべく噛合い式クラッチを中立状態へ解放する時期を決定することで、各製品の固体差による初期のバラツキおよび経年変化等に対して常に安定したクラッチ架け替えを実現し、良好な変速品質を確保する自動変速機の制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解消するため、本発明は歯車式変速機の入力軸と出力軸の間にトルク伝達手段を有し、少なくとも一つの変速段の前記トルク伝達手段を摩擦クラッチとし、その他の変速段の前記トルク伝達手段を噛合い式クラッチとし、一方の変速段から他方変速段へ変速する際に前記摩擦クラッチを制御する自動変速機の制御装置であって、前記所定変速段への変速の際に、前記摩擦クラッチの伝達トルクが、エンジン側から前記噛合い式クラッチに掛かる伝達トルク以上のときに又はエンジン側から前記噛合い式クラッチに掛かる伝達トルクを超えたときに、前記噛合い式クラッチを中立状態へ解放する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。
【００１０】
図１は本発明の一実施形態による自動変速機とその制御装置の構成図である。
【００１１】
エンジン１にはエンジントルクを調節する電子制御スロットル２、前記エンジン１の回転数Ｎｅを計測する回転数センサ３４が設けられており、エンジン１のトルクを高精度に制御することが可能である。前記エンジン１で発生したトルクは、クラッチ４、およびエンジン１と出力軸６との間に設けられた歯車式変速機構を経て出力軸６に伝達される。クラッチ４はシリンダ７の油圧によって係合解放が行われる。シリンダ７の油圧はワイヤ８を介してクラッチ４に作用し、クラッチ４はエンジン側のフライホイール３に押し付けられることにより係合する。
【００１２】
歯車式変速機の基本構成は、入力軸５と出力軸６および変速段を構成するそれぞれの軸に取り付けられた複数個の歯車からなる。
【００１３】
前記エンジン１からのトルクは、クラッチ４を介して入力軸５から変速段毎に用いられる歯車を経て出力軸６に伝達される。これら複数の歯車のうち、歯車９，歯車１０は入力軸５に固着されて回転し、歯車１６，歯車１７および歯車１８は出力軸６に固着されて回転している。その他の歯車はそれぞれの軸に対して空転している。
【００１４】
噛合い式クラッチ２５および２６はクラッチハブ２１，スリーブ２２，シンクロナイザリング２３，ギアスプライン２４から構成されている。前記噛合い式クラッチ２５および２６は、シフトフォーク２７がストロークすることにより係合解放し、係合時には隣接する歯車を空転している軸と同期させて回転する。また、中立状態となる解放時には、隣接する歯車は空転状態となり、動力伝達が行われない。前記シフトフォーク２７はシリンダ２８および２９に作用する油圧によって動作する。
【００１５】
歯車１０および歯車１４は各々固着された軸の回転数検出器として用いられ、回転数センサ３５および３６により、それぞれ入力軸回転数Ｎｉおよび出力軸回転数Ｎｏを検出することが可能である。
【００１６】
入力軸５に取り付けられた歯車１３は摩擦クラッチ１９を有しており、前記摩擦クラッチ１９の係合により歯車１８を介して入力軸５から出力軸６へトルク伝達が可能である。前記摩擦クラッチ１９には湿式多板クラッチが用いられており、ピストン２０に作用する油圧により係合解放する。ここで、図１における実施形態は前記摩擦クラッチ１９を入力軸に取り付けた構造であるが、第３軸を新たに設けその軸上に前記摩擦クラッチ１９を設置し出力軸へ動力を伝達する構成としてもよい。
【００１７】
通常の手動変速機においては、変速の際に前記クラッチ４を解放しエンジン１から出力軸６への動力伝達を一時的に遮断する。この間に前記噛合い式クラッチ２５および２６を動作させて所定の変速比となるよう前記歯車を選択し、その後前記クラッチ４を再び係合することで変速が実行される。このような変速においては、変速中におけるトルク中断が発生し乗員に違和感を与えてしまう。しかし、図１に示す歯車式変速機構では、クラッチ４が係合した状態で前記摩擦クラッチ１９を滑らせて入力軸５の回転数を低下させることにより変速を行うので、変速中のトルク中断を抑制し良好な変速特性が実現する。
【００１８】
次に、前記エンジン１，前記アクチュエータ３０，３１，３２および３３を制御する制御装置３７について説明する。制御装置３７にはスロットル開度ＴＶＯ，アクセルペダル踏込量ＡＰＳ，噛合い式クラッチ位置ＳＦＴＳＥＮ，回転数センサ３４から検出されたエンジン回転数Ｎｅ，回転数センサ３５から検出された入力軸回転数Ｎｉおよび回転数センサ３６から検出された出力軸回転数Ｎｏが入力される。制御装置３７内では、前記エンジントルクを発生させるべくスロットルバルブ開度，燃料量および点火時期が演算され、それぞれのアクチュエータ（例えば電子制御スロットル２）が制御される。
【００１９】
また、伝達トルク検出手段３８では、変速初期において摩擦クラッチ１９が有する伝達トルクを検出し、その値が前記制御装置３７へ入力される。これを用いて、解放時期決定手段３９において、噛合い式クラッチ２５および２６を中立状態へと解放する最適時期を決定し、アクチュエータ３１，３２を制御する。
【００２０】
このような構成とすることで、クラッチの架け替えタイミングを最適化し、係合すべく摩擦クラッチと解放すべく噛合い式クラッチとのオーバーラップ状態やアンダーラップ状態を生じることなく、良好な変速特性を実現することができる。
【００２１】
図２は、従来の一般的な制御方法によるアップシフト時の変速特性で、クラッチ解放タイミングがずれた場合の影響を示す概要図である。図２は、ドライバがアクセルペダル一定で踏んでいる状態（パワーオン状態）でアップシフトする際のタイムチャートである。
【００２２】
ドライバのアクセルペダル操作に基づいて制御される前記電子制御スロットル２のスロットル開度ＴＶＯおよび前記回転センサ３６により検出された出力軸回転数Ｎｏより、前記制御装置３７内の変速マップに基づき変速判断、例えば１→２変速のアップシフト判断がなされる。そして、前記係合すべく摩擦クラッチ１９および解放すべく噛合い式クラッチ２５および２６への変速制御が開始される。
【００２３】
変速開始と同時に、摩擦クラッチ１９への油圧（係合側油圧）Ｐｃが所定高圧Ｐｓ１になるように制御信号を前記アクチュエータ３３に出力する。該所定高圧（プリチャージ圧）Ｐｓ１は、ピストン２０内の油圧室を充填するために必要な油圧に設定されており所定時間ｔ１保持される。該所定時間ｔ１が経過すると、係合側油圧Ｐｃは所定油圧Ｐｓ２に設定される。該所定油圧Ｐｓ２は摩擦クラッチ１９が伝達トルクを有する直前の値に設定されており、所定時間ｔ２が経過するまで保持される。該所定時間ｔ２が経過すると、係合側油圧Ｐｃは所定勾配ｄＰでスイープアップさせ、摩擦クラッチ１９の伝達トルクを徐々に増加させていく。
【００２４】
ここで、前記変速判断からの所定時間ｔｓが経過すると、前記噛合い式クラッチ２５への位置指令ＳＦＴＰＯＳを１速から中立状態へと切り換え、アクチュエータ３１および３２を制御することにより噛合い式クラッチ２５および２６が解放される。
【００２５】
そして、前記噛合い式クラッチ２５および２６が解放された後は係合側油圧Ｐｃを所定油圧Ｐｓ３に設定し、入力軸回転数Ｎｉを目標となる変速時間に収まるようフィードバック制御する。
【００２６】
ここで、図２における実線で示す波形は、クラッチの架け替えタイミングが最適となっており、出力軸トルクの変動が無く良好な変速特性が実現している。これに対して、図２における一点鎖線はアンダーラップ状態の波形を示している。該アンダーラップ状態は、前記摩擦クラッチ１９において伝達トルクを有していない状態で前記噛合い式クラッチ２５および２６を解放したため、前記出力軸６に急激に負荷が加わり、その結果トルク変動が生じてしまっている。一方、図２における破線で示す波形はオーバーラップ状態の波形を示している。該オーバーラップ状態は、前記摩擦クラッチ１９が充分な伝達トルクを有したにも係わらず、前記噛合い式クラッチ２５および２６を解放せず双方のクラッチが共に係合状態となった場合に生じ、前記出力軸６に掛かる負荷が急激に減少し、その結果トルク変動が発生している。
【００２７】
以上のように、クラッチ架け替えにおいて前記摩擦クラッチ１９が所定の伝達トルクを有した時期を認識して、前記噛合い式クラッチ２５および２６の解放を実行しなければ、アンダーラップ状態やオーバーラップ状態となり、変速フィーリングが著しく低下してしまう。
【００２８】
図３は、本発明の一実施形態による自動変速機の制御装置に用いる係合側クラッチ伝達トルク検出手段の一実施例である。
【００２９】
前記噛合い式クラッチ２５および２６は、図３に示すアクチュエータ３１および３２にて制御される。ここでは、比例電磁式圧力制御弁が用いられており、コイルに流れる電流に比例した油圧が出力され高精度な油圧制御が可能である。前記圧力制御弁から出力される油圧により、シリンダ２７のピストンに連動したシフトフォークをストロークさせ、前記噛合い式クラッチ２５および２６を例えば１速−中立−２速状態へと動作させる。また、前記２つの圧力制御弁から所定値以上の油圧が出力されている場合には、上記噛合い式クラッチ２５および２６は中立状態となる。シリンダのストロークは、位置センサ（図示していない）の信号ＳＦＴＳＥＮを上記制御装置３７に取り込んで制御され、噛合い式クラッチ２５および２６が所定の位置を保持するよう、前記圧力制御弁をフィードバック制御する。また、噛合い式クラッチ２５および２６が所定ギア位置に完全にストロークし嵌合すると、機械的にその状態を保持することが可能であるので、前記圧力制御弁での消費電力を軽減すべく前記油圧制御弁の動作をＯＦＦしてもよい。
【００３０】
一方、前記摩擦クラッチ１９を制御するアクチュエータ３３も同様に比例電磁式圧力制御弁が用いられる。前記圧力制御弁から出力される油圧により摩擦クラッチ１９内のピストン（図示していない）を動作させ、摩擦クラッチ１９の摩擦プレート（図示していない）を圧着して動力を伝達する。ここで、摩擦クラッチ１９への油圧配管に油圧センサ４０が設けられており、摩擦クラッチ１９に作用する油圧を検出する。クラッチ部において発生する伝達トルクは下記（１）式のように算出される。
【００３１】
Ｔｃ＝μ・Ｒ・Ｎ（Ａ・Ｐｃ−Ｆ） …（１）
μ ：摩擦係数 Ｒ：クラッチ有効半径
Ｎ ：プレート枚数 Ａ：ピストン受圧面積
Ｐｃ：クラッチ作動油圧 Ｆ：クラッチ反力
上記のように、摩擦クラッチ１９に作用する油圧を油圧センサ４０により検出することにより、摩擦クラッチ１９において有する伝達トルクを算出し前記噛合い式クラッチ２５および２６を解放する最適タイミングを決定することができる。
【００３２】
図４は、本発明の一実施形態による自動変速機の制御装置に用いる解放側クラッチ解放時期決定手段３９の処理内容を示すフローチャートである。
【００３３】
アップシフト変速制御開始に伴い直ちに解放時期決定制御となるが、各種センサよりスロットル開度ＴＶＯおよびエンジン回転数Ｎｅを読み込む(Ｓ１，Ｓ２)。次に、上記読み込んだ値より予め実験により求めた前記エンジン１の特性に基づいて、エンジン１から出力されるエンジントルク推定値Ｔｅを算出する(Ｓ３)。次に前記Ｔｅよりエンジン側から前記噛合い式クラッチ２５に掛かる伝達トルクＴｃｅを算出する（Ｓ４）。また、前記油圧センサ４０より前記摩擦クラッチ１９に作用する油圧Ｐｃ１を読み込む（Ｓ５）。次いで、前記油圧により前記摩擦クラッチ１９において発生し、前記噛合い式クラッチ２５に掛かる伝達トルクＴｃｐを算出する（Ｓ６）。
【００３４】
ここで、前記Ｔｃｅと前記Ｔｃｐとを比較して（Ｓ７）、Ｔｃｐが上回っていない場合（Ｔｃｐ≦Ｔｃｅ）には摩擦クラッチ１９の伝達トルクが不十分と判断し、噛合い式クラッチ２５を１速状態に保つよう、前記アクチュエータ３１および３２への油圧指令を出力する（Ｓ８）。一方、Ｔｃｐが上回った場合つまり前記Ｔｃｐが所定の値を超えたとき（Ｔｃｐ＞Ｔｃｅ）には摩擦クラッチ１９の伝達トルクが所定値に達したと判断し、噛合い式クラッチ２５を中立状態となるようアクチュエータ３１および３２への油圧指令を出力する（Ｓ９）。また、前記Ｓ７において“＞”を“≧”に代えても良い。
【００３５】
以上述べたように、係合すべくクラッチにおいて発生する伝達トルクを油圧センサを用いて検出することにより、容易かつ高精度にて変速中の架け替えタイミングを合わせることができ、良好な変速特性が実現する。
【００３６】
図５は、本発明の一実施形態であり、自動変速機の制御装置に用いる伝達トルク検出手段の一実施例として、加速度センサを用いた場合の実験結果である。
【００３７】
加速度センサを車両に設置し、変速時における車両前後加速度を計測して前記係合すべく摩擦クラッチ１９の伝達トルクを検出する。具体的には、図５に示すように、変速判断からの前後加速度の平均値を算出し、これを基準として前後加速度が所定値を下回った時点を前記噛合い式クラッチの解放時期とする。実験では、図５に示すように係合側クラッチの油圧を固定し、前記所定値をそれぞれ０.１Ｇ，０.１５Ｇ，０.３Ｇ に設定して解放タイミングを変化させ、その時の変速特性を比較した。
【００３８】
図５に示すように、変速時の前後加速度のレベル判定により、アンダーラップ状態(設定値：０.１Ｇ）やオーバーラップ状態(設定値：０.３Ｇ）とならず、良好な変速特性が得られる(設定値：０.１Ｇ）ことが分かる。よって、この設定値を運転条件により適合すればよい。
【００３９】
図６は、本発明の一実施形態による自動変速機の制御装置に用いるクラッチ解放時期決定手段３９の処理内容を示すフローチャートである。
【００４０】
アップシフト変速制御開始に伴い、まず加速度センサより車両の前後加速度Ｇを読み込む（Ｓ１０）。次に変速判断決定からの経過時間Ｔｍが予め定められた平均値算出期間ｃＴｍＬｍｔの期間か否かの判定を行う（Ｓ１１）。上記算出期間内の場合は、上記前後加速度Ｇの平均値Ｇａｖｅを算出し（Ｓ１２）、再度Ｇの読み込みを実行する（Ｓ１０）。
【００４１】
また、上記期間を越えた場合には前記噛合い式クラッチ２５の解放時期決定の判定を行う（Ｓ１３）。具体的には下記に示す判定式（２）に基づく。
【００４２】
Ｇａｖｅ−ｃＧ＞Ｇ …（２）
上記ｃＧは解放時期判定前後加速度であり、係合すべく摩擦クラッチ１９が所定の伝達トルクを有したことを検出し、噛合い式クラッチ２５の解放時期を決定する値である。上記ｃＧは図７に示すように、アクセル開度毎に設けられたテーブルデータであり、予め実験により最適値を適合し前記制御装置３７に記憶しておく。また、上記テーブルデータは１−２変速，２−３変速などの変速パターン毎に設けられている。
【００４３】
ここで、前記前後加速度Ｇが判定レベルを下回っていない場合には摩擦クラッチ１９への伝達トルクが不十分と判断し、噛合い式クラッチ２５を１速状態に保つよう、アクチュエータ３２および３３への油圧指令を出力する（Ｓ１４）。一方、レベルを下回った場合には摩擦クラッチ１９の伝達トルクが所定値に達したと判断し、噛合い式クラッチ２５を解放し中立状態となるようアクチュエータ３２および３３への油圧指令を出力する（Ｓ１５）。以上のステップＳ１３〜Ｓ１５は、前述のステップＳ７〜Ｓ９と同様である。
【００４４】
以上述べたように、加速度センサ信号を用いて噛合い式クラッチを解放する最適な時期を決定することにより、安価な構造で変速中の架け替えタイミングを合わせることができ、変速フィーリングを向上させることができる。
【００４５】
図８は、本発明の一実施形態であり、自動変速機の制御装置に用いる伝達トルク検出手段の一実施例として、出力軸回転数変化率を用いた場合の動作を示すタイムチャートである。
【００４６】
前記回転数センサ３６にて検出した出力軸回転数Ｎｏの微分値（出力軸回転数変化率ｄＮｏ）を算出し、変速時における前記ｄＮｏを用いて前記係合すべく摩擦クラッチ１９の伝達トルクを検出する。具体的には、前述の加速度センサ信号と同様に図８に示すように変速判断からの出力軸回転数変化率ｄＮｏの平均値を算出し、これを基準としてｄＮｏが所定値を下回った時点を前記噛合い式クラッチの解放時期とする。
【００４７】
ここで、ｄＮｏを算出する際に車両が走行している路面状況によっては、ノイズの影響により、前記解放時期の誤判定が生じてしまう。そこで、変速判断から所定時間は解放時期の認識を行わない判定禁止期間を設け、この期間で前記平均値を算出する。その後、解放時期認識期間においてｄＮｏのレベル判定を実行する。また、何らかの要因により解放時期の認識が不可能だった場合には、前記噛合い式クラッチ２５が解放されず極端なオーバーラップ状態となり変速機を破損する可能性がある。そこで、変速判断から所定時間経過しても解放時期が認識されなかった場合には、強制的にクラッチ解放を実行するような動作とする。
【００４８】
以上述べたように回転数変化率を用いて噛合い式クラッチを解放する最適な時期を決定することにより、安価な構造で変速中の架け替えタイミングを合わせることができ、変速フィーリングを向上させることができる。また、変速判断から所定期間，解放時期判定を禁止することにより、例えば路面の段差等による外乱を排除して架け替えタイミングを正確に検出することができる。
【００４９】
次いで図９に、本発明の一実施形態であり、自動変速機の制御装置において回転数を高精度に検出する動作を示すタイムチャートを示す。
【００５０】
前記出力軸回転数変化率を算出するに際し、その基本となる出力軸回転数Ｎｏを前記制御装置３７において高精度に検出する。図９に示すように前記回転数センサ３６よりセンサパルスが出力されてくる。パルスカウンタは回転数センサパルスの立ち上がりを検出してカウントアップしていき、またクロックカウンタは回転数センサパルスがＯＮしている期間のみカウントアップしていく。出力軸回転数Ｎｏの算出は一定周期毎の時間割込で実行し（例えば１０ｍｓ）、このときの前記パルスカウンタの値ΔＰｃおよびクロックカウンタの値Ｔとにより、下記に示す（３）式により算出する。
【００５１】
Ｎｏ＝Ｔ／ΔＰｃ …（３）
以上述べたように出力軸回転数を算出することにより、低回転域での回転数検出精度を向上させると共に、高回転域での割り込み負荷を軽減することが可能となる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、各製品の固体差および経年変化に基づくバラツキによるアンダーラップおよびタイアップを生じた場合においても、摩擦クラッチが伝達トルクを有したことを検出し噛合い式クラッチを中立状態へ解放するので、変速中の架け替えを良好にして常に安定した変速フィーリングを実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による自動変速機とその制御装置の構成図である。
【図２】従来の一般的な制御方法によるアップシフト時の変速特性で、クラッチ解放タイミングがずれた場合の影響を示す概要図である。
【図３】本発明の一実施形態による自動変速機の制御装置に用いる係合側クラッチ伝達トルク検出手段の一実施例である。
【図４】本発明の一実施形態による自動変速機の制御装置の処理内容を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第二実施形態として加速度センサを用いた場合の実験結果である。
【図６】本発明の第二実施形態による自動変速機の制御装置の処理内容を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第二実施形態の制御装置に備えられるクラッチ解放決定手段のマップ図である。
【図８】本発明の第三実施形態として出力軸回転数変化率を用いた場合の動作を示すタイムチャートである。
【図９】本発明の一実施形態として、自動変速機の制御装置において回転数を高精度に検出する動作を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１…エンジン、５…入力軸、６…出力軸、９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８…歯車、１９…摩擦クラッチ、２５，２６…噛合い式クラッチ、３０，３１，３２，３３…アクチュエータ、３７…制御装置、３８…係合側クラッチ伝達トルク検出手段、３９…クラッチ解放時期決定手段。
Claims (2)
- 歯車式変速機の入力軸と出力軸の間にトルク伝達手段を有し、少なくとも一つの変速段の前記トルク伝達手段を摩擦クラッチとし、その他の変速段の前記トルク伝達手段を噛合い式クラッチとし、一方の変速段から他方変速段へ変速する際に前記摩擦クラッチを制御する自動変速機の制御装置であって、
前記所定変速段への変速の際に、前記摩擦クラッチの伝達トルクが、エンジン側から前記噛合い式クラッチに掛かる伝達トルク以上のときに又はエンジン側から前記噛合い式クラッチに掛かる伝達トルクを超えたときに、前記噛合い式クラッチを中立状態へ解放する自動変速機の制御装置。 - 歯車式変速機の入力軸と出力軸の間にトルク伝達手段を有し、少なくとも一つの変速段の前記トルク伝達手段を摩擦クラッチとし、その他の変速段の前記トルク伝達手段を噛合い式クラッチとし、一方の変速段から他方変速段へ変速する際に前記摩擦クラッチを制御する自動変速機の制御方法であって、
前記所定変速段への変速の際に、前記摩擦クラッチの伝達トルクが、エンジン側から前記噛合い式クラッチに掛かる伝達トルク以上のときに又はエンジン側から前記噛合い式クラッチに掛かる伝達トルクを超えたときに、前記噛合い式クラッチを中立状態へ解放する自動変速機の制御方法。
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