JP4965611B2 - 自動変速機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動変速機の制御装置に関する。

従来、特許文献１に開示されているように、自動変速機の作動状態を選択するセレクトレバーを、摩擦締結要素が解放された状態を表すニュートラルレンジから摩擦締結要素が締結された状態を表すドライブレンジ又はリバースレンジ等の走行レンジに切り換えたとき、自動変速機の入力軸の回転変化率が目標変化率となるように、対応する摩擦締結要素への作動油圧をフィードバック制御する技術が知られている。

特開平５−３２２０２７号公報

しかし、特許文献１に記載の自動変速機にあっては、入力軸の回転変化率を目標値にしたフィードバック制御を行っているため、摩擦締結要素の完全締結が保障できない。すなわち、油圧等のバラツキがあった場合、入力軸の回転速度変化率が目標値通りにフィードバック制御できていたとしても、入力軸の回転数が目標の変速時間経過後に同期回転数になっているとは限らず、目標通りに摩擦締結要素を締結できないおそれがあった。
本発明は、上記課題に着目してなされたもので、摩擦締結要素の締結を保障可能な自動変速機の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、摩擦締結要素への作動油圧を制御するにあたり、回転変化率制御に加え、締結の進行状態が所定の進行状態となってから回転数フィードバック制御を行うこととした。

よって、摩擦締結要素の締結を保障することができる。また、締結の進行状態が所定の進行状態となるまでは回転数フィードバック制御を実行せず、所定の進行状態以降において回転数フィードバック制御を実行することで、バラツキによる偏差の積分成分が制御系に蓄積されることを抑制でき、制御量の過度な増大を防止することができる。

実施例１のパワートレーンを表す概略図である。 実施例１のパワートレーンの制御システムを表すシステム図である。 実施例１のセレクト制御部の構成を表す制御ブロック図である。 実施例１のセレクト制御の作用を表すタイムチャートである。

図１は本発明の自動変速機の制御装置を搭載した実施例１のパワートレーンを表す概略図である。実施例１のパワートレーンは、駆動源であるエンジン１と、このエンジン１に駆動結合されるトルクコンバータ２と、このトルクコンバータ２に減速機構３を介して駆動結合される自動変速機４と、この自動変速機４の変速機出力軸（プロペラシャフト）５を介して駆動結合されるファイナルドライブギア機構６と、このファイナルドライブギア機構６を経て自動変速機４からの動力が出力される車輪７とを有する。自動変速機４は、無段変速機構８と副変速機構９とで構成されている。

無段変速機構８は、減速機構３の出力軸に連結される駆動プーリ８ａと、副変速機構９の入力軸９ａに連結される従動プーリ８ｂとを有し、これらの間にベルト８ｃを掛け渡した既存のベルト式無段変速機構である。駆動プーリ８ａ及び従動プーリ８ｂにはそれぞれ、オイルが供給されており、その油圧に応じてプーリ幅を自由に変更することができる。これにより、無段変速機構８は、駆動プーリ８ａへの供給圧と従動プーリ８ｂへの供給圧とを制御することで、変速比を無段階に変更させることができる。

副変速機構９は、ラビニヨ遊星歯車機構の複合サンギア９ｂに従動プーリ８ｂを駆動結合することで当該サンギア９ｂを入力とする一方、キャリア９ｃを変速機出力軸５に駆動結合することで当該キャリア９ｃを出力としている有段変速機構である。サンギア９ｂは、ローブレーキＬ／Ｂを介してケースＣに固定され、キャリア９ｃはハイクラッチＨ／Ｃを介してリングギア９ｄに駆動結合されている。更に、リングギア９ｄは、リバースブレーキＲ／Ｂを介してケースＣに固定されている。

ローブレーキＬ／Ｂ、ハイクラッチＨ／Ｃ及びリバースブレーキＲ／Ｂにもそれぞれ、オイルを供給することができ、その油圧に応じて締結及び解放を自由に行うことができる。これにより、副変速機構９は、ローブレーキＬ／Ｂ、ハイクラッチＨ／Ｃ及びリバースブレーキＲ／Ｂへの供給圧を制御することで、前進１速、前進２速及び後進を選択することができる。

前進１速の選択の場合は、ローブレーキＬ／Ｂを締結すると共にハイクラッチＨ／Ｃを解放する。また、前進２速の選択の場合は、ローブレーキＬ／Ｂを解放すると共にハイクラッチＨ／Ｃを締結する。なお、副変速機構９の制御にあたっての締結及び解放の関係についての詳細は、下記の表に示すとおりである。

実施例１の車両は、自動変速機４を変速制御するための変速機コントローラ１１（図２参照）内に構成された変速制御部１００を有する。変速制御部１００は、自動変速機４の目標入力回転数を算出し、この目標入力回転数に基づき、無段変速機構８の変速比を無段階に制御する無段変速制御部１０１と、副変速機構９の目標変速段を算出し、この目標変速段に制御する有段変速制御部１０２とを有する。即ち、自動変速機４全体としては、無段変速機構８の変速制御と副変速機構９の変速制御を協調させることで、目標とする変速比が実現される。また、変速制御部１００には、運転者が図外のセレクトレバーをニュートラルレンジからドライブレンジもしくはリバースレンジに切り換えたときに、対応する摩擦締結要素（ローブレーキＬ／ＢやリバースブレーキＲ／Ｂ等）を滑らかに締結するセレクト制御部１０３を有する。尚、セレクト制御部１０３の詳細については後述する。

無段変速機構８は、図２に示すように、油圧コントロールバルブユニット１０に内蔵された複数のソレノイドバルブをＯＮ，ＯＦＦ制御することで、駆動プーリ８ａ及び従動プーリ８ｂへの供給圧（通常は、駆動プーリ８ａへの供給圧のみ）が制御される。これにより、変速比を無段階に変更することができる。副変速機構９も、同様に、油圧コントロールバルブユニット１０に内蔵された複数のソレノイドバルブをＯＮ，ＯＦＦ制御することで、ローブレーキＬ／Ｂ、ハイクラッチＨ／Ｃ及びリバースブレーキＲ／Ｂへの供給圧が制御され、前進１速又は前進２速が選択される。

油圧コントロールバルブユニット１０は、図２に示すように、変速機コントローラ１１によって制御される。変速機コントローラ１１には、例えば、エンジントルクＴeを検出するエンジントルクセンサＳteからの信号と、スロットル開度ＴＶＯを検出するスロットル開度センサＳThからの信号と、エンジン１の出力回転数（以下、「エンジン回転数」）Ｎeを検出するエンジン回転センサＳeからの信号、自動変速機４の入力回転数Ｎｉを検出するタービン回転センサＳiからの信号と、変速機出力軸５の回転数（以下、「自動変速機出力軸回転数」）Ｎoを検出する自動変速機出力回転センサＳoからの信号とをそれぞれ入力する。ここで、入力回転数Ｎｉはトルクコンバータ２のタービンランナから減速機構３を介して減速された回転数を検出していることから、後述するセレクト制御部１０３では、入力回転数Ｎｉを減速機構分だけ増速した回転数をタービン回転数Ｎｔとして検出する。同様に、自動変速機出力回転数Ｎｏは無段変速機構８と副変速機構９によって変速された回転数であるため、タービン回転数Ｎｔと対比するときは、各変速機構８，９の変速比を考慮して変速前の回転数に換算した回転数である出力回転数Ｎｏｕｔとして検出する。

〔セレクト制御部の構成〕
次に、セレクト制御部１０３について説明する。図３はセレクト制御部１０３の制御構成を表す制御ブロック図である。運転者がセレクトレバーをニュートラルレンジからドライブレンジもしくはリバースレンジに切換操作を行うと判断したときにセレクト制御部１０３の作動を開始する。以下、セレクト制御部１０３に設けられた各構成について説明する。

締結進行率設定部1031では、エンジン回転数Ｎｅとタービン回転数Ｎｔとに基づいて締結進行率δを設定する。ここで締結進行率とは以下の定義によって与えられる。まず、締結進行度γを下記のように定義する。
γ＝β／α
α＝Ｎｅ−Ｎｏｕｔ
β＝Ｎｔ−Ｎｏｕｔ
このとき、締結進行率δは、下記のように定義される。
δ＝１／（ｄγ／ｄｔ）
すなわち、締結進行度γの１秒あたりの変化量の逆数が締結進行率δである。例えば、締結進行率δ＝１と指示すると、１秒間で摩擦締結要素の締結が完了する。実施例１では、締結進行度γが所定値γoとなるまではδ＝１で設定し、所定値γoを超えたときは、δを１よりも徐々に大きな値（例えば、制御周期毎に０．２ずつ大きくする等）に設定する。これにより、締結前半では比較的素早い締結動作を行い、締結後半では比較的緩やかな締結動作を実現する。
目標タービン回転変化率演算部1032では、設定された締結進行率δに応じて目標タービン回転変化率ΔＮｔ*を演算する。すなわち、締結進行率の指示に応じた理想的なタービン回転変化率が演算される。

（回転変化率ベースの制御構成）
回転変化率偏差演算部1033では、目標タービン回転変化率ΔＮｔ*と実タービン回転変化率演算部1044で演算された実タービン回転変化率ΔＮｔとの偏差である回転数変化率偏差ｘ（＝ΔＮｔ*−ΔＮｔ）を演算する。
変化率フィードフォワード制御量演算部1034では、目標タービン回転変化率ΔＮｔ*に所定のゲインを掛けてフィードフォワード制御量Ｐ１ffを演算する。
変化率フィードバック制御量演算部1035では、回転数変化率偏差ｘに基づいて、ＰＩＤ制御量Ｐ１fbを演算する。例えば、Ｐ１fb＝ｋ１p・ｘ＋ｋ１i・∫ｘｄｔ＋ｋ１d・（dｘ/dt）として演算される。ここで、ｋ１p，ｋ１i，ｋ１dはそれぞれ変化率フィードバック制御用の比例ゲイン，積分ゲイン，微分ゲインである。
変化率フィードフォワード・フィードバック加算部1036では、変化率フィードフォワード制御量Ｐ１ff及び変化率フィードバック制御量Ｐ１fbを加算する。
トルク演算部1037では、制御対象である選択された摩擦締結要素（ローブレーキＬ／ＢやリバースブレーキＲ／Ｂ等）のイナーシャを乗算して回転変化率ベーストルク制御量Ｔdnを演算する。このイナーシャはセレクトレバーの動作に応じて適宜選択される。

（回転数ベースの制御構成）
外乱オブザーバ1038では、目標タービン回転変化率ΔＮｔ*に基づいて目標タービン回転数Ｎｔ*を演算する。第１トルコンモデル1039では、演算された目標タービン回転数Ｎｔ*とエンジン回転数Ｎｅ及び予め設定されたトルクコンバータ諸元を用いて回転数ベース目標トルクＴｔ*を演算する。第２トルコンモデル1040では、検出された実タービン回転数Ｎｔとエンジン回転数Ｎｅ及び予め設定されたトルクコンバータ諸元を用いて回転数ベース実トルクＴｔを演算する。回転数偏差演算部1041では、回転数ベース目標トルクＴｔ*と回転数ベース実トルクＴｔとの偏差である回転数偏差ｙ（＝Ｔｔ*−Ｔｔ）を演算する。尚、第１トルコンモデルと第２トルコンモデルは同じ演算処理を行うものである。

スイッチング部1042では、締結進行度γを入力し、γが所定の進行状態を表す所定値γoに到達したときはスイッチをオンとし、それ以外の時はスイッチをオフとする。

回転数フィードバック制御量演算部1043では、スイッチング部1042がオンとされ、回転数偏差ｙが入力されたとき、回転数偏差ｙに基づいてＰＩ制御量Ｐ２fbを演算し、所定のゲインを乗算して回転数ベーストルク制御量Ｔnを演算する。例えば、Ｐ２fb＝ｋ２p・ｙ＋ｋ２i・∫ｙｄｔとして演算される。ここで、ｋ２p，ｋ２iはそれぞれ回転数フィードバック制御用の比例ゲイン，積分ゲインである。尚、スイッチング部1042がオフのときは、この回転数フィードバック制御量演算部1043における演算は行われず、スイッチング部1042がオンとなったときに初めて演算を開始する。よって、締結前半の積分成分が蓄積されるようなことはない。

制御量加算部1045では、回転変化率ベーストルク制御量Ｔdnと回転数ベーストルク制御量Ｔnとを加算し、最終的な摩擦締結要素に供給する油圧指令を出力する。具体的には油圧コントロールバルブユニット１０に内蔵された複数のソレノイドバルブに対し、油圧指令に応じたＯＮ，ＯＦＦ制御信号を出力する。

〔セレクト制御による締結作用〕
次に、セレクト制御部の作用について説明する。図４は運転者がニュートラルレンジ（Ｎレンジ）からドライブレンジ（Ｄレンジ）に切換操作をしたときの油圧変化及び各種回転数の関係を表すタイムチャートである。初期状態はニュートラルレンジが選択されており、ローブレーキＬ／Ｂ等の全ての摩擦締結要素は完全解放されている。

時刻ｔ１において、運転者がセレクトレバーを操作してＤレンジに切り換えると、時刻ｔ２においてプリチャージフェーズを開始し、ローブレーキＬ／Ｂへのプリチャージ用急増圧指令が出力される。これはクラッチプレート間の隙間を詰めるためにピストンを素早くストロークさせるものであり、特に締結力は生じない。実圧もリターンスプリング力程度が発生するだけである。初期に高い指示圧を出すことで、ピストンストローク速度を確保する。時刻ｔ３において、予め設定された所定時間のプリチャージ用急増圧指令を終了し、プリチャージ用緩増圧指令を出力する。ピストンストローク速度を適切に調節し、締結時の衝撃を緩和するものである。

時刻ｔ４において、ローブレーキＬ／Ｂの締結圧が徐々に確保され始めると、タービン回転数Ｎｔが徐々に低下し始め、出力軸トルクが出力され始める。時刻ｔ５において、タービン回転数Ｎｔの落ち込み変化を検出すると、プリチャージフェーズを終了し、締結進行フェーズを開始し、回転変化率制御（変化率フィードフォワード制御及び変化率フィードバック制御）を実行する。この段階では、締結進行度γが所定値γoに到達していないため、回転変化率制御のみが実行され、回転数フィードバック制御は実行されない。よって、タービン回転数Ｎｔと出力回転数Ｎｏｕｔとの偏差が大きい締結初期段階では、フィードバック制御による積分成分が蓄積されないため、締結完了時における過度な制御量のオーバーシュートを回避できる。

時刻ｔ６において、締結進行度γが所定値γoに到達すると、スイッチング部1042のスイッチがオンとされ、回転数ベースのフィードバック制御が開始される。これにより、締結完了時に完全締結状態を保障すると共に、滑らかな締結を達成する。仮に、回転数フィードバック制御を導入せず、回転変化率フィードフォワード制御や回転変化率フィードバック制御の制御ゲインを高めて対応した場合、ゲインを高めすぎると制御系の発散が懸念され、変化率のみに着目しても回転数偏差が解消する保障はない。よって、安定した制御系で、且つ滑らかな完全締結を達成するには回転数ベースの制御を組み込むことが極めて有効である。

時刻ｔ７において締結が完了すると、指示圧を一気に高めて完全締結状態に移行させる。時刻ｔ８において、一旦完全締結油圧まで油圧を高めた後、ドライブレンジの定常制御を開始する。この定常制御とは、アクセル開度等に応じた締結圧を供給することで必要な締結力を確保しつつ燃費の改善を図る等のものであり、アクセル開度が小さいときは低めの締結圧を、アクセル開度が大きいときは高めの締結圧を供給する。

以上説明したように、実施例１にあっては下記に列挙する作用効果を得ることができる。
（１）自動変速機をニュートラルレンジ（中立状態）からドライブレンジもしくはリバースレンジ（走行状態）に変速するときに、走行状態にて締結されるローブレーキＬ／Ｂ，リバースブレーキＲ／Ｂ（摩擦締結要素）と、摩擦締結要素へ作動油圧を供給する油圧コントロールバルブユニット１０（油圧供給手段）と、摩擦締結要素の締結の進行状態を判定する締結進行率設定部1031，スイッチング部1042（進行状態判定手段）と、摩擦締結要素が締結を開始したときから自動変速機の入力軸の回転速度の変化率が目標変化率となるように作動油圧の制御を行う回転変化率偏差演算部1033，変化率フィードフォワード制御量演算部1034，変化率フィードバック制御量演算部1035，変化率フィードフォワード・フィードバック加算部1036，トルク演算部1037（回転速度変化率制御手段）と、スイッチング部1042により所定の進行状態γoと判定されたときから自動変速機の入力軸回転速度が目標回転速度となるように作動油圧のフィードバック制御を行う回転数フィードバック制御量演算部1043（回転数フィードバック制御手段）と、を備えた。
よって、摩擦締結要素の締結を保障することができる。また、締結の進行状態が所定の進行状態となるまでは回転数フィードバック制御を実行せず、所定の進行状態以降において回転数フィードバック制御を実行することで、バラツキによる偏差の積分成分が蓄積されることを抑制でき、制御量の過度な増大を防止することができる。

（２）目標変化率及び目標回転数を、摩擦締結要素の締結が前半よりも後半のほうがより緩やかに進行するように設定することとした。具体的には、締結進行度γが所定値γoとなるまではδ＝１で設定し、所定値γoを超えたときは、δを１よりも徐々に大きな値（例えば、制御周期毎に０．２ずつ大きくする等）に設定する。これにより、締結前半では比較的素早い締結動作を行い、締結後半では比較的緩やかな締結動作を実現でき、締結ショックを抑制しながら目標通りに摩擦締結要素を締結することができる。

以上、実施例１について説明したが、本発明は上記実施例に限られず、適宜他の構成を取ることができる。実施例１では、締結の進行状態を判定するためのパラメータとして締結進行度γや締結進行率δを導入したが、例えば、入力軸回転数や摩擦締結要素の差回転など、締結の進行状態を判定できるパラメータを用いて制御してもよい。

また、実施例１では、無段変速機構と副変速機構とで構成された自動変速機における制御例を示したが、これに限定されず、無段変速機のみの構成や、有段変速機のみの構成であっても適用可能である。

また、実施例１ではローブレーキＬ／ＢやリバースブレーキＲ／Ｂの締結に対して適用したが、例えばショックを回避すべく高変速段を経由するような制御を採用した場合には、ハイクラッチＨ／Ｃの締結に適用することもできる。

また、実施例１では回転数フィードバック制御において、回転数に基づくトルクの偏差によってフィードバック制御量を決定したが、回転数偏差に基づいて制御量を決定し、その後、所定のゲインを乗算してトルク制御量に換算してもよい。また、回転変化率ベースの制御ではフィードフォワード制御とフィードバック制御の組み合わせを示したが、一方のみの制御構成としてもよい。また、回転数フィードバック制御ではＰＩ制御を採用したが、これらは必要に応じてＰＩＤ制御としてもよい。

１ エンジン
２ トルクコンバータ
３ 減速機構
４ 自動変速機
５ 変速機出力軸
６ ファイナルドライブギア機構
８ 無段変速機構
９ 副変速機構
１０ 油圧コントロールバルブユニット
１１ 変速機コントローラ
１０３ セレクト制御部
1031 締結進行率設定部
1033 回転変化率偏差演算部
1034 変化率フィードフォワード制御量演算部
1035 変化率フィードバック制御量演算部
1036 変化率フィードフォワード・フィードバック加算部
1037 トルク演算部
1041 回転数偏差演算部
1042 スイッチング部
1043 回転数フィードバック制御量演算部
1044 実タービン回転変化率演算部
1045 制御量加算部
Ｈ／Ｃ ハイクラッチ
Ｌ／Ｂ ローブレーキ
Ｒ／Ｂ リバースブレーキ

Claims (2)

1. 自動変速機を中立状態から走行状態に変速するときに、走行状態にて締結される摩擦締結要素と、
   前記摩擦締結要素へ作動油圧を供給する油圧供給手段と、
   前記摩擦締結要素の締結の進行状態を判定する進行状態判定手段と、
   前記摩擦締結要素が締結を開始したときから自動変速機の入力軸の回転速度の変化率が目標変化率となるように前記作動油圧の制御を行う回転速度変化率制御手段と、
   前記摩擦締結要素が締結を開始したときから、前記摩擦締結要素の締結が進行して前記進行状態判定手段により所定の進行状態と判定される前の締結前半は制御を行わず、前記所定の進行状態と判定された後の締結後半から自動変速機の入力軸回転速度が目標回転速度となるように前記作動油圧のフィードバック制御を開始する回転数フィードバック制御手段と、
   を備えたことを特徴とする自動変速機の制御装置。
2. 請求項１に記載の自動変速機の制御装置において、
   前記目標変化率及び前記目標回転数を、前記摩擦締結要素の締結が前半よりも後半のほうがより緩やかに進行するように設定することを特徴とする自動変速機の制御装置。

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