JP6330723B2

JP6330723B2 - 流体式動力伝達装置の制御装置

Info

Publication number: JP6330723B2
Application number: JP2015099590A
Authority: JP
Inventors: 桑原　清二; 清二桑原; 孝幸安藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-05-15
Filing date: 2015-05-15
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2035-05-15
Also published as: JP2016217374A

Description

本発明は、流体式動力伝達装置の制御装置に関する。

一般に、エンジンの出力トルクを変速機に伝達するトルクコンバータやフルードカップリング等の流体式動力伝達装置を備える車両には、流体式動力伝達装置でのトルクの流体損失を低減して燃費を向上させるために、ロックアップクラッチが設けられている。このロックアップクラッチは、流体式動力伝達装置に対して並列に配置され、完全係合時にエンジンと変速機とを直結する。ところが、低車速時にエンジンと変速機とを直結した場合、エンジンのトルク変動が変速機に直接伝達されるためにドライバビリティが悪化する。このため、通常、低車速時には、必要最小限のスリップ量でスリップさせながらロックアップクラッチを使用するロックアップクラッチのスリップ制御を実施することによって、燃費向上とドライバビリティの悪化抑制との両立を図るようにしている。

ところで、ロックアップクラッチを備える流体式動力伝達装置の制御装置は、流体式動力伝達装置の入力軸と出力軸の回転数の差（以下、差回転数と表記）の目標値（以下、目標差回転数と表記）と実際の差回転数（以下、実差回転数と表記）との差に基づいて、実差回転数が目標差回転数に追従するようにロックアップクラッチを制御している。しかしながら、流体式動力伝達装置の実差回転数は、加減速操作や変速操作に伴う流体式動力伝達装置の出力軸（変速機の入力軸）の回転数の変化のために目標差回転数に追従しないことがある。このため、特許文献１には、流体式動力伝達装置の目標差回転数に対する実差回転数の誤差を補正する時と同様にして、流体式動力伝達装置の出力軸の回転数の変化に合わせて流体式動力伝達装置の実差回転数をフィードバック補正する発明が提案されている。

特開２０１４−１１１９７７号公報

しかしながら、流体式動力伝達装置の出力軸の回転数の変化は、流体式動力伝達装置の出力軸側の動力伝達経路における反力の変動に起因するものであり、流体式動力伝達装置の差回転数制御とは制御対象が異なる。このため、特許文献１記載の発明のように、実差回転数の誤差補正時と同様にして流体式動力伝達装置の出力軸の回転数の変化に応じて実差回転数をフィードバック補正した場合、流体式動力伝達装置の出力軸側の動力伝達経路における状態変化が流体式動力伝達装置の差回転数制御の誤差として補正されてしまうために、流体式動力伝達装置の差回転数制御の応答性が低下する。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、差回転数制御の応答性を向上可能な流体式動力伝達装置の制御装置を提供することにある。

本発明に係る流体式動力伝達装置の制御装置は、エンジン、変速機、エンジンと変速機との間に介装された流体式動力伝達装置、及び前記流体式動力伝達装置に設けられたロックアップクラッチを備える車両に搭載され、前記流体式動力伝達装置の目標差回転数と実差回転数との差分値に基づいて前記ロックアップクラッチのトルク容量を制御する流体式動力伝達装置の制御装置であって、前記流体式動力伝達装置の目標差回転数と実差回転数との差分値に基づいて前記ロックアップクラッチのトルク容量を算出し、算出されたトルク容量から前記流体式動力伝達装置の出力軸の回転数の変化量に前記流体式動力伝達装置の入力軸側の慣性重量を乗算した値を減算した値に前記ロックアップクラッチのトルク容量を制御する手段を備えることを特徴とする。

本発明に係る流体式動力伝達装置の制御装置によれば、ロックアップクラッチのトルク容量から流体式動力伝達装置の出力軸の回転数の変化量に流体式動力伝達装置の入力軸側の慣性重量を乗算した値を減算することによって、流体式動力伝達装置の出力軸側における反力の変動成分が除去され、エンジン回転数が流体式動力伝達装置の出力軸の回転数の変化に対して１対１で追従するようになるので、差回転数制御の応答性を向上させることができる。

図１は、本発明の一実施形態であるトルクコンバータの制御装置が適用される車両の構成を示す模式図である。図２は、本発明の一実施形態であるトルクコンバータの制御装置の構成を示すブロック図である。図３Ａは、ダウンシフト時に本発明の制御を実行しなかった場合における回転速度を示す図である。図３Ｂは、ダウンシフト時に本発明の制御を実行しなかった場合におけるロックアップクラッチのトルク容量を示す図である。図４Ａは、ダウンシフト時に本発明の制御を実行した場合における回転速度を示す図である。図４Ｂは、ダウンシフト時に本発明の制御を実行した場合におけるロックアップクラッチのトルク容量を示す図である。図５Ａは、アップシフト時に本発明の制御を実行しなかった場合における回転速度を示す図である。図５Ｂは、アップシフト時に本発明の制御を実行しなかった場合におけるロックアップクラッチのトルク容量を示す図である。図６Ａは、アップシフト時に本発明の制御を実行した場合における回転速度を示す図である。図６Ｂは、アップシフト時に本発明の制御を実行した場合におけるロックアップクラッチのトルク容量を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態であるトルクコンバータの制御装置について説明する。

〔車両の構成〕
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態であるトルクコンバータの制御装置が適用される車両の構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態であるトルクコンバータの制御装置が適用される車両の構成を示す模式図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態であるトルクコンバータの制御装置が適用される車両１は、エンジン２、変速機３、トルクコンバータ４、及びロックアップクラッチ５を主な構成要素として備えている。

エンジン２は、例えば気筒内に噴射される燃料の燃焼によって駆動力を発生させるガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関である。なお、図中の符号ne,Teはそれぞれ、エンジン２の回転数（以下、エンジン回転数）及び出力トルクを表している。

変速機３は、トルクコンバータ４の出力トルク（トルク容量）Tcとロックアップクラッチ５の出力トルク（トルク容量）Tluとの和である出力トルクTtを変速した後、図示しない駆動輪に伝達する。変速機３としては、自動変速機（Automatic Transmission : AT）や無段変速機（Continuously Variable Transmission : CVT）等を例示できる。なお、図中の符号ntは、変速機３の入力軸（トルクコンバータ４の出力軸）の回転数であるタービン回転数を表している。

トルクコンバータ４は、エンジン２のクランク軸２ａに連結された入力回転部材に相当するポンプ翼車４ａ及びタービン軸３ａを介して変速機３に連結された出力回転部材に相当するタービン翼車４ｂを備え、流体を介して動力伝達を行う流体式動力伝達装置である。本実施形態では、エンジン２と変速機３との間にトルクコンバータ４を配置したが、トルクコンバータ４の代わりにフルードカップリング等の流体式動力伝達装置を配置してもよい。なお、図中の符号Te1は、トルクコンバータ４の入力トルクを表している。

ロックアップクラッチ５は、その完全係合によってトルクコンバータ４の入力側と出力側とを機械的に直結し、トルクコンバータ４のポンプ翼車４ａとタービン翼車４ｂとによる流体動力伝達機能を無効化させるものである。ロックアップクラッチ５は、後述するトルクコンバータの制御装置１０による制御によって、その係合状態が解放状態、スリップ係合状態（半係合状態）、及び完全係合状態の間で制御される。なお、図中の符号Te2は、ロックアップクラッチ５の入力トルクを表している。

〔制御装置の構成〕
次に、図２を参照して、本発明の一実施形態であるトルクコンバータの制御装置の構成について説明する。

図２は、本発明の一実施形態であるトルクコンバータの制御装置の構成を示すブロック図である。

図２に示すように、本発明の一実施形態であるトルクコンバータの制御装置１０（以下、制御装置１０と略記）は、PID制御によってトルクコンバータ４の実差回転数ne-ntを目標差回転数nslp_aimに追従させる装置であり、差分器１１、乗算器１２、乗算器１３、積分器１４、乗算器１５、微分器１６、微分器１７、乗算器１８、及び差分器１９を主な構成要素として備えている。

差分器１１は、トルクコンバータ４の入力軸の回転数neと出力軸の回転数（タービン回転数）ntとの差分値（実差回転数）ne-ntと実差回転数ne-ntの目標値（目標差回転数）nslp_aimとの差分値nslp_aim-ne+ntを算出する。差分器１１は、算出された差分値nslp_aim-ne+ntを乗算器１２、乗算器１３、及び乗算器１５に出力する。

乗算器１２は、差分器１１の出力値に比例制御（Ｐ制御）のゲインKpを乗算して比例演算を行い、演算値を差分器１９に出力する。

乗算器１３は、差分器１１の出力値に積分制御（Ｉ制御）のゲインKiを乗算し、乗算値を積分器１４に出力する。

積分器１４は、乗算器１３の乗算値の積分値を算出し、積分値を差分器１９に出力する。

乗算器１５は、差分器１１の出力値に微分制御（Ｄ制御）のゲインKdを乗算し、乗算値を微分器１６に出力する。

微分器１６は、乗算器１５の乗算値の時間微分値を算出し、時間微分値を差分器１９に出力する。

微分器１７は、タービン回転数ntの時間微分値（時間変化量）を算出し、時間微分値を乗算器１８に出力する。ここで、タービン回転数ntは、実タービン回転数及び目標タービン回転数のどちらであってもよい。但し、目標タービン回転数（変速制御の目標値）を用いた場合、センサを利用して実タービン回転数を検出する際のノイズ（悪路やセンサ外乱等）や実機の遅れが無くなるので、差回転数制御をより応答性良く行うことができる。

乗算器１８は、微分器１７の時間微分値にトルクコンバータ４の入力軸側の慣性重量Iを乗算し、乗算値を差分器１９に出力する。

差分器１９は、乗算器１２、積分器１４、及び微分器１６の出力信号の和から乗算器１８の出力信号を減算した値をロックアップクラッチ５のトルク容量Tluとしてロックアップクラッチ５の油圧制御系に出力する。

一般に、PID制御によりトルクコンバータ４の実差回転数ne-ntを目標差回転数nslp_aimに追従させる制御系では、タービン回転数ntとエンジン回転数neとの間に数式（１）〜（３）に示すような関係が成立する。すなわち、数式（３）に示すように、エンジン回転数neは、タービン回転数ntの変化に対して１対１で応答せず、タービン回転数ntの変化に対してK(s)/(Is+K(s))で応答する。換言すれば、エンジン回転数neは、トルクコンバータ４の入力軸側の慣性重量Iの影響によってタービン回転数ntの変化に対して１対１で応答できない。ここで、数式（１）〜（３）において、Iはトルクコンバータ４の入力軸側の慣性重量、F(ne,nt)はトルクコンバータ４のトルク容量、K(s)はPIDコントローラ（K(s)=Kp+Ki/s+Kd・s）を示している。

そこで、上述の通り、本実施形態における制御装置１０では、微分器１７、乗算器１８、及び差分器１９を追加することによって、ロックアップクラッチ５のトルク容量Tluからタービン回転数ntの時間変化量にトルクコンバータ４の入力軸側の慣性重量Iを乗算した値Is・ntを減算する補正を行う。このような補正を行うことによって、タービン回転数ntとエンジン回転数neとの間の関係は数式（４）〜（６）に示すようになり、エンジン回転数neは、トルクコンバータ４の入力軸側の慣性重量Iの影響を受けることなく、タービン回転数ntの変化に対して１対１で応答するようになる。これにより、タービン回転数ntが変化しても目標差回転数nslp_aimに実差回転数ne-ntを追従させることができる。

なお、上記の補正は、常時行っても良いが、発進時や変速中のタービン回転数ntが急変する時に限定して行うことによって、タービン回転数ntの変化によるノイズの影響を排除することができる。また、本実施形態では、PID制御によってトルクコンバータ４の差回転数を制御することとしたが、P制御、I制御、PI制御、及びPD制御のうちのいずれかの制御であってもよい。また、タービン回転数ntの変化に対するロックアップクラッチ５のトルク容量Tluの補正量に補正係数を掛けたり、上下限値を設定したりすることにより、ロックアップクラッチ５のトルク容量Tluやスリップ容量にばらつきがある場合でもロックアップクラッチ５が誤係合しないようにすることが望ましい。

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態であるトルクコンバータの制御装置１０は、トルクコンバータ４の目標差回転数nslp_aimと実差回転数ne-ntとの差分値に基づいて算出されたロックアップクラッチ５のトルク容量Tluからタービン回転数ntにトルクコンバータ４の入力軸側の慣性重量Iを乗算した値を減算した値にロックアップクラッチ５のトルク容量Tluを制御する。このような構成によれば、トルクコンバータ４の出力軸側における反力の変動成分が除去され、エンジン回転数neがタービン回転数ntの変化に対して１対１で追従するようになるので、トルクコンバータ４の差回転数制御の応答性を向上させることができる。

図３Ａ，３Ｂはそれぞれ、ダウンシフト時に本発明の制御を実行しなかった場合における回転速度及びロックアップクラッチ５のトルク容量を示す図である。図４Ａ，４Ｂはそれぞれ、ダウンシフト時に本発明の制御を実行した場合における回転速度及びロックアップクラッチのトルク容量を示す図である。図中、Ｌ１はタービン回転数、Ｌ２はエンジン回転数、Ｌ３は目標差回転数とタービン回転数との和、Ｌ４はロックアップクラッチ５のトルク容量を示している。

本発明の制御を実行しない場合、図３Ｂに示すようにロックアップクラッチ５のトルク容量はタービン回転数の時間変化に伴い変化しないので、図３Ａに示すように、エンジン回転数は目標差回転数とタービン回転数との和に速やかに追従しない。これに対して、本発明の制御を実行した場合には、図４Ｂに示すようにロックアップクラッチ５のトルク容量はタービン回転数の時間変化に伴い減少するので、図４Ａに示すように、エンジン回転数は目標差回転数とタービン回転数との和に速やかに追従する。以上のことから、本発明によれば、ダウンシフト時におけるトルクコンバータ４の差回転数制御の応答性を向上できることが確認された。また、ダウンシフト時にロックアップクラッチ５のトルク容量を補正することにより、ロックアップクラッチ５のスリップ量がゼロとなり、係合ショックが生じることを抑制できる。

図５Ａ，５Ｂはそれぞれ、アップシフト時に本発明の制御を実行しなかった場合における回転速度及びロックアップクラッチ５のトルク容量を示す図である。図６Ａ，６Ｂはそれぞれ、アップシフト時に本発明の制御を実行した場合における回転速度及びロックアップクラッチ５のトルク容量を示す図である。図中、Ｌ１はタービン回転数、Ｌ２はエンジン回転数、Ｌ３は目標差回転数とタービン回転数との和、Ｌ４はロックアップクラッチ５のトルク容量を示している。

本発明の制御を実行しない場合、図５Ｂに示すようにロックアップクラッチ５のトルク容量はタービン回転数の時間変化に伴い変化しないので、図５Ａに示すように、エンジン回転数は目標差回転数とタービン回転数との和に速やかに追従しない。これに対して、本発明の制御を実行した場合には、図６Ｂに示すようにロックアップクラッチ５のトルク容量はタービン回転数の時間変化に伴い増加するので、図６Ａに示すように、エンジン回転数は目標差回転数とタービン回転数との和に速やかに追従する。以上のことから、本発明によれば、アップシフト時におけるトルクコンバータ４の差回転数制御の応答性を向上できることが確認された。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１車両
２エンジン
３変速機
４トルクコンバータ
５ロックアップクラッチ
１０制御装置

Claims

エンジン、変速機、エンジンと変速機との間に介装された流体式動力伝達装置、及び前記流体式動力伝達装置に設けられたロックアップクラッチを備える車両に搭載され、前記流体式動力伝達装置の目標差回転数と実差回転数との差分値に基づいて前記ロックアップクラッチのトルク容量を制御する流体式動力伝達装置の制御装置であって、
前記流体式動力伝達装置の目標差回転数と実差回転数との差分値に基づいて前記ロックアップクラッチのトルク容量を算出し、算出されたトルク容量から前記流体式動力伝達装置の出力軸の回転数の変化量に前記流体式動力伝達装置の入力軸側の慣性重量を乗算した値を減算した値に前記ロックアップクラッチのトルク容量を制御する手段を備えることを特徴とする流体式動力伝達装置の制御装置。