JPH081244B2

JPH081244B2 - 自動変速装置

Info

Publication number: JPH081244B2
Application number: JP223888A
Authority: JP
Inventors: 憲二池浦
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1988-01-08
Filing date: 1988-01-08
Publication date: 1996-01-10
Anticipated expiration: 2011-01-10
Also published as: JPH01182660A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、車両等の自動変速装置に関し、特に、変速
ショックの軽減を意図した自動変速装置に関する。

（従来の技術）一般に、複数の変速段を有する自動変速装置では、そ
の変速操作が、エンジンからの動力を駆動系に伝達した
ままで行われるとともに、変速比が段階的に切り換えら
れるため、変速に伴う駆動系のトルク変動により、車体
に加速度変化を与えていわゆる変速ショックを少なから
ず体感させる。このような変速ショックは運転フィーリ
ングを悪化させるので好ましくなく、可能な限り低減す
ることが望まれる。

第５、６図は一般的な自動変速装置の２速および３速
それぞれのトルクフローを示す図である。

なお、図中実線はトルク伝達に関与する系路を示し、
点線は関与していない系路を示す。また、黒丸は締結状
態にある摩擦要素を示し、白丸は解放状態にある摩擦要
素を示す。

第５図において、２速のトルク伝達は、入力軸100か
らリアプラネタリーギア101を通り出力軸102に至る系路
を介して伝達される。また、締結状態にあるバンドブレ
ーキ103からの反力トルクTxがフロントプラネタリーギ
ア104→フォワードクラッチ105→フォワードワンウェイ
クラッチ106→リアプラネタリーギア101→出力軸102へ
と伝達されている。したがって、出力軸102には、エン
ジンからの入力トルクTinと反力トルクTxが加算されたT
out（Tout＝Tx＋Tin）が現われ、２速の変速比に応じた
トルクの増大が行われている。

第６図において、３速のトルク伝達は、入力軸100か
らリアプラネタリーギア101を通り出力軸102に至る系路
で伝達されるとともに、入力軸100から締結状態にある
ハイクラッチ107→フロントプラネタリーギア104→フォ
ワードクラッチ105→フォワードワンウェイクラッチ106
→リアプラネタリーギア101→出力軸102へと至る経路も
介して二つの系路で伝達されている。すなわち、エンジ
ンからの入力トルクTinは、上記二つの系路を通って伝
達されるから、出力軸102に伝達されるトルクToutは、
二つの系路で分担されたトルクTa、Tbが加算されたもの
となり、例えば３速の変速比が1,000であれば、Tin＝Ta
＋Tbとなって入力トルクTinとToutは一致したものとな
る。

このようなパワートレーンを切り換える（２速→３
速）場合、２速時に締結状態にあるバンドブレーキ103
を解放させながらハイクラッチ107を締結状態へと変化
させ、上記第５、６図で示したトルクフローの切換が行
われるが、バンドブレーキ103およびハイクラッチ107の
解放、締結タイミングによっては、トルクフローの切り
換えに円滑さを欠き、大きな変速ショックを発生するこ
とがある。

従来のこの種の変速ショックを低減した自動変速装置
としては、例えば、特開昭61−31746号公報に記載され
たものがある。この装置では、変速時に、締結状態から
解放状態へと変化する一方の摩擦要素（以下、解放側要
素という）の解放タイミングを次のように設定してい
る。すなわち、上記一方の摩擦要素の動作と協動して解
放状態から締結状態へと逆に変化する他方の摩擦要素
（以下、締結側要素という）が半接続状態になり、この
締結側要素を介してエンジンに若干の負荷が加わり始め
るまでの一定の時間txを予め定め、この時間txが経過し
たときを解放タイミングとするものである。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、このような従来の方法にあっては、解
放側要素の解放タイミングが一定の時間txによって単一
に設定されていたため、エンジンの運転状態や自動変速
機のトルクコンバータおよび摩擦要素の特性などが変化
した場合、実際に要求される最適な解放タイミング（以
下、実タイミング）との間にずれを生じ、例えば、実タ
イミングが遅れた場合には、まだ、締結側要素の伝達ト
ルクが充分に上昇していないうちに、解放側要素が解放
されてしまい、この場合、エンジンの空吹けが発生す
る。

また、実タイミングが早められた場合には、締結側要
素の伝達トルクが充分に上昇した後も、さらに解放側要
素の締結状態が引き続いて継続され、この場合、インタ
ーロックが発生して大きな引き込みトルクを生じ、不快
な変速ショックを体感させてしまうといった問題点があ
った。

（発明の目的）本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもの
で、入力軸および出力軸の実際の軸トルクを検出し、こ
の軸トルクの変化から、解放タイミングを設定すること
により、実タイミングと解放タイミングの一致を図り、
エンジンの運転状態の変化や、自動変速機の特性変化に
拘らず、変速ショックを低減することを目的としてい
る。

（問題点を解決するための手段）本発明による自動変速装置は上記目的達成のため、エ
ンジンにより回転駆動される入力軸と、駆動系に結合さ
れる出力軸と、該入力軸および出力軸の間に介在し、複
数の変速比の一つを選択可能な歯車変速機構と、複数の
摩擦要素が選択的に締結、解放して前記変速比を選択す
る摩擦係合機構と、を具備し、現在と異なる変速比への
切り換えを指令する変速指令が入力されると、前記摩擦
係合機構の少なくとも二つの摩擦要素のうち、一方の摩
擦要素が解放状態から締結状態へと移行する間に、締結
状態にある他方の摩擦要素がタイミング信号に従って解
放状態にされ、前記入力軸および出力軸間の変速比を前
記現在と異なる変速比へと切り換える自動変速装置にお
いて、前記入力軸の軸トルクを検出する入力軸トルク検
出手段と、前記出力軸の軸トルクを検出する出力軸トル
ク検出手段と、検出された入力軸トルクおよび前記現在
と異なる変速比に基づいて、前記現在と異なる変速比へ
と切り換えられたときの目標出力軸トルクを演算する演
算手段と、検出された出力軸トルクが目標出力軸トルク
に到達したとき、前記タイミング信号を発生する信号発
生手段と、を備えている。

（作用）本発明では、現在と異なる変速比への切り換えを指令
する変速指令が入力されると、入力軸トルクおよび該現
在と異なる変速比に基づいて目標出力軸トルクが演算さ
れ、この目標出力軸トルクに実際の出力軸トルクが到達
したとき、解放側要素が解放される。

ここで、変速完了後の出力軸トルクは、締結側要素で
選択された変速段の変速比に応じて入力軸トルクをトル
ク変換したものであり、このとき解放側要素は完全な解
放状態にある。したがって、実際の出力軸トルクと目標
出力軸トルクがほぼ一致したとき、締結側要素はトルク
分担ほぼ100％、一方、解放側要素はトルク分担ほぼ０
％となっている。すなわち、この一致したときが、解放
側要素を解放する最適な実タイミングとなるから、本発
明のように、実際の入力軸トルクや出力軸トルクなどに
基づいて解放タイミングを設定することにより、実タイ
ミングと解放タイミングとの一致をとることができ、エ
ンジンの運転状態や、自動変速機の特性変化に拘らず、
変速ショックを低減することができる。

（実施例）以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１〜４図は本発明に係る自動変速装置の一実施例を
示す図であり、前進４段、後退１段の電子制御式自動変
速装置に適用した例である。

まず、構成を説明する。第１図において、１はエンジ
ンであり、エンジン１は図示しないスロットルペダルの
操作量に応じた駆動力を発生し、この駆動力によって図
示しないクランクシャフトを回転駆動する。また、エン
ジン１のクランクシャフトの回転数、すなわちエンジン
回転数Neはエンジン回転センサ２によって検出される。

３は自動変速機であり、自動変速機３は、トルクコン
バータ４およびトランスミッション５により構成され、
トランスミッション５には、後述する入力軸10の回転数
Ntを検出する入力軸回転センサ６および出力軸７の軸ト
ルク（出力軸トルクTo）を検出するトルクセンサ（出力
軸トルク検出手段）８が備えられている。

自動変速機３は、詳細には第２図の如く示される。

第２図において、トルクコンバータ４は、エンジンの
クランクシャフトに結合されて該シャフトと一体に回転
するポンプ羽根車９と、トランスミッション５の入力軸
10にスプライン嵌合したタービン羽根車11と、コンバー
タハウジングケース12に対して一体的に固定されたステ
ータ13と、を有し、エンジンの駆動力によってポンプ羽
根車９が回転駆動されると、内部の流体を介してエンジ
ンの駆動力をタービン羽根車11から入力軸10に伝達す
る。

トランスミッション５は、上述した入力軸10と、図外
のドライブシャフト、ファイナルギア、駆動輪などを含
む駆動系に連結された出力軸７と、を有し、これら入力
軸10および出力軸７の間には、歯車変速機構15が介在し
ている。歯車変速機構15は、例えば、２組の遊星歯車す
なわち、フロントプラネタリーギヤ16と、リヤプラネタ
リーギヤ17と、を有し、各遊星歯車は、既に知られてい
るように、中心に設けられたサンギヤ16a、17aと、この
サンギヤと歯合する複数個のピニオンギヤ16b、17bと、
ピニオンギヤを支えるプラネットキャリヤ16c、17cと、
プラネットキャリヤ16c、17cに歯合して外周に設けられ
たリングギヤ16d、17dと、を含んで構成され、サンギ
ヤ、プラネットキャリアおよびリングギヤの三つのうち
一つを固定し、他の二つを駆動側と被動側に接続するこ
とにより、駆動側から被動側へ伝達される回転トルクを
複数段階に減少や増大させることができる。また、減少
や増大の程度は、サンギヤおよびリングギヤの歯数、サ
ンギヤの回転数などから求められる変速比によって決ま
り、三つのうち何れかを選択的に固定すると複数の変速
比の一つが選択される。因に、本実施例における変速比
は、１速が2.785（以下、R₁という）、２速が1.545（以
下、R₂という）、３速が1.000（以下、R₃という）、４
速が0.694（以下R₄という）、後退が2.272（以下、R_Rと
いう）に設定されている。

変速比の選択は、摩擦係合機構18により行われ、摩擦
係合機構18は、複数の摩擦要素を有している。この摩擦
要素は、例えば、バンドブレーキ19、リバースクラッチ
20、ハイクラッチ21、フォワードクラッチ22、オーバー
ランクラッチ23、フォワードワンウェイクラッチ24、ロ
ーワンウェイクラッチ25、ロー＆リバースブレーキ26な
どからなり、供給油圧に応じて選択的に締結、解放して
フロントプラネタリーギヤ16およびリヤプラネタリーギ
ヤ17の固定部位を切り換え、上述の複数の変速比の一つ
を達成させる。

ここで、上述の複数の摩擦要素は、変速切換え過渡時
において、一方の摩擦要素が解放から締結へと移行して
いく間、他方の摩擦要素が締結から解放へと相対的に作
動するような関係の一対の摩擦要素を含んでいる。例え
ば、本実施例の場合では、２速→３速変速時におけるハ
イクラッチ（一方の摩擦要素）21とバンドブレーキ（他
方の摩擦要素）19との関係がそれであり、ハイクラッチ
21が締結へと移行していく間、適当なタイミングでバン
ドブレーキ19が解放される。そして、この解放タイミン
グが不適切であると、前述したようにエンジンの空吹き
を発生したり、インターロックを発生して変速ショック
を体感させるので好ましくない。

本実施例では、後に詳述するようにこの解放タイミン
グを常に最適に設定するようにしてエンジンの空吹きや
インターロックなどの発生を防止している。

なお、上述した摩擦係合機構18は、油圧制御機構27か
らの供給油圧によって複数の摩擦要素の締結や解放が選
択的に行われ、油圧制御機構27は、後述の変速制御装置
35からの変速指令信号に従って各摩擦要素への油圧経路
を切り換える。

なお、第２図中のS_A、S_Bは変速指令信号の一部を示し
ており、S_Aが“H"から“L"へと変化すると、バンドブレ
ーキ19が締結から解放へと変化し、S_Bが“L"から“H"へ
と変化すると、ハイクラッチ21が解放から締結へと変化
する。

トランスミッションケース28には、入力軸回転センサ
６が固定され、入力軸回転センサ６は入力軸10の外周面
から所定の間隙をもって配設されている。そして、入力
軸10の外周面にはセレーション等の凹凸が形成されてお
り、入力軸回転センサ６は入力軸10の回転に伴う凹凸の
移動を磁束の変化としてとらえ、この磁束の変化を電気
信号に変換して入力軸10の回転数Ntを検出する。

さらに、リアエクステンション29には、トルクセンサ
８が固定されており、このトルクセンサ８には、例え
ば、公知の磁歪式トルクセンサが用いられる。すなわ
ち、トルクセンサ８は、出力軸７の外周面の周方向に沿
って間隙をもって設けられた一対の励磁コイル30、30′
と、出力軸７の外周面に形成された多数の溝からなる一
対の溝帯31、31′と、を有し、一対の溝帯31、31′を構
成する溝の方向は出力軸７の中心軸に対して所定の角度
をなすとともに、一対の溝帯31、31′の間では、溝方向
が対称形となっている。このようなトルクセンサ８は、
軸トルクの変化によって出力軸７に微少なねじり変形が
生じた場合、一対の溝帯31、31′は、各々の溝の方向と
中心軸とのなす角が、一方を増大、他方を減少させるよ
うに相対的に変化し、この変化により、中心軸との角を
増大させている一方の溝帯側の透磁率が増加し、中心軸
との角を減少させている他方の溝帯側の透磁率が減少す
る。したがって、一対の溝帯31、31′の各々に対して励
磁コイル30、30′のそれぞれから磁束を供給すると、こ
れら透磁率の変化に従って励磁コイル30、30′を流れる
励磁電流に電流差が生じ、この電流差は出力軸７のねじ
り変形の大きさに比例しているので、電流差から出力軸
トルクToを検出することができる。

再び、第１図において、33は入力軸トルク演算装置で
あり、入力軸トルク演算装置33は、例えばマイクロコン
ピュータ等から構成され、第３図の特性図に示すトルク
容量係数CFに相当するデータおよびトルクコンバータ前
後のトルク比TRに相当するデータを内部のメモリ内にテ
ーブルマップとして有している。入力軸トルク演算装置
33は所定のプログラムに従って以下の処理を実行する。
すなわち、次式に従ってトルクコンバータ４前後の速
度比ｅを求め、求められた速度比ｅに対応するCFおよびTRの値を上記テ
ーブルマップからルックアップする。

次いで、次式に従ってトルクコンバータの入力トル
クTiを演算し、 Ti＝CF×n_e ² …… 但し、CF:ルックアップされた値そして、次式に従って入力軸10の軸トルク、すなわち
入力軸トルクTtを演算する。

Tt＝Ti×ｅ …… したがって、上記入力軸トルク演算装置33や前述のエ
ンジン回転センサ２および入力軸回転センサ６は、入力
軸トルク検出手段を構成している。

34は演算手段および信号発生手段としての解放タイミ
ング設定装置であり、解放タイミング設定装置34は、マ
イクロコンピュータ等により構成され、トルク比演算部
34aおよびタイミング設定部34bを有している。トルク比
演算部34aは、入力軸トルクTtおよび出力軸トルクToに
従って入力軸10および出力軸７間のそのときの変速比を
含めた軸間トルク比TR′を演算する。すなわち、入力軸
10から出力軸７へ伝達されるトルクは、そのときの変速
比に従って所定の倍率で増減され、例えば、２速のとき
は、入力軸トルクTtをR₂（R₂＝1.543）倍したものが出
力軸トルクToとなり、また、３速のときは、TtをR₃（R₃
＝1.000）倍したものがToとなる。したがって、現在と
異なる変速比へ切り換えられた後では、TR′はそのとき
の変速比の値に一致した大きさとなり、さらに、このよ
うな定常状態に至る変速切り換え過渡時（例えば、２速
→３速）においては、TR′がR₂に相当する値からR₃に相
当する値へと変化していき、R₃とTR′が一致したとき
が、いわゆるトルクフェーズからイナーシャフェーズへ
の変換点となる。すなわち、この変換点では、解放側要
素（例えば、バンドブレーキ19）のトルク分担が“0"と
なるので、この変換点を検知して解放タイミングを決定
すればよい。

このような着眼点から、タイミング設定部34bでは、T
oをモニタするとともに、演算された変速過渡時のTR′
と、変速先のRi（但し、ｉ＝１、２、３、Ｒの何れか）
に基づいて、Tt×Ri＝Toとなる目標出力軸トルクと実際
の出力軸トルクToが一致する変換点を検知し、検知の時
点で解放タイミング（タイミング信号）信号TMGを出力
している。

なお、解放要素は油圧によって作動することから、若
干の応答遅れを有することが考えられるので、次式に
示すようにこの応答遅れαを見込んでTMGの出力を早め
るように補正してもよい。

Tt×Ri＝To＋α …… あるいは、駆動系のねじり剛性が低い場合や解放要素の
応答速度が速い場合などには、次式に示すようにTMG
の出力を遅くするように補正してもよい。

Tt×Ri＋α′＝To …… 但し、α′：補正係数 35は変速制御装置であり、変速制御装置35は、マイク
ロコンピュータ等により構成され、スロットル開度や車
速などの各種情報に基づいて車両の走行状態に最適な変
速点をきめ細かく決定し、必要に応じて変速指令信号を
トランスミッション５の油圧制御機構27に出力する。例
えば、車両の走行状態が２速→３速へのアップシフト点
に至った場合には、変速指令信号の一部であるS_Bを“L"
から“H"レベルへと変化させて変速を開始させ、また、
解放タイミング設定装置34からTMGが入力されると、S_A
を“H"から“L"レベルへと変化させる。なお、変速制御
装置35からは変速先の変速比Riを含む変速情報が解放タ
イミング設定装置34に出力される。

次に、第４図の２速から３速への変速操作タイミング
を示すタイミングチャートを参照しながら作用を説明す
る。

まず、時間t₀において、走行状態が変化して２速→３
速へのアップシフト点に至ったとき、変速制御装置35
は、S_Bを“L"→“H"レベルへと変化させて変速操作の開
始を指令する。ハイクラッチ21はS_Bに従って解放状態か
ら締結方向へと作動を開始し、徐々にバックラッシュを
つめていく。このバックラッシュをつめている間（t₀−
t₁）では、変速比は切換前の２速のままであり、すなわ
ち、その間のToはTt×R₂で求められる大きさを示してい
る。なお、t₀−t₁の間において、アップシフトの場合、
通常はスロットルペダルが踏み込まれ、Ne、Nt共に上昇
傾向にあるが、説明の便宜上これらは一定のものと仮定
し、また、出力軸７の回転数も変化しないものとしてい
る。すなわち、変速比の変化に伴うトルク変化分だけが
表われるように図示している。したがって、実際の走行
状態とは厳密に対応しないことを認識されたい。

時間t₁において、ハイクラッチ21のバックラッシュ
“0"となり、係合が開始されると、係合圧の上昇に伴っ
てハイクラッチ21の伝達トルクTC_Bが増大する一方、バ
ンドブレーキ19の伝達トルクTC_Aが減少して、いわゆる
トルクフェーズに入る。このトルクフェーズの間では、
ToはTC_Aの減少に伴って減少方向に変化していく。

時間t₂において、Toが減少してきて、図中矢印で示す
To＝Tt×R₃の点に到達したとき、すなわち、R₃＝1.000
であるから、この場合To＝Ttに一致したとき、TC_Bは３
速におけるトルク分担を満足し、一方、TC_Aはトルク分
担“0"となる。したがって、このトルクフェーズを終了
するTo＝Ttの点で解放タイミング設定装置34からTMGが
出力され、変速制御装置35はTMGを受けてS_Aを“H"→
“L"へと変化させる。その結果、バンドブレーキ19はS_A
の変化に従って速やかに解放され、バンドブレーキ19の
トルク容量MTC_Aが“0"となって切り離される。

時間t₂−t₃の間において、ハイクラッチ21のトルク容
量MTC_Bのトルク余裕分Ａだけ、Ntが引き下げられ、その
引き下げに要した仕事量をイナーシャトルクINTとして
放出する。すなわち、時間t₂−t₃の間はいわゆるイナー
シャフェーズとして作用し、この間では、INTがToに加
算され、一時的にTo＝Tt×Ri＋INTまで上昇する。

時間t₃において、INTが完全に放出されると、TC_Bは３
速で定められた分担トルクに相当する値になり、これに
伴ってToもTt×R₃の値になって安定し、変速操作が完了
する。

このように本実施例では、エンジン回転数Ne、入力軸
の回転数Ntおよびトルクコンバータ４のトルク容量係数
CF、トルクコンバータ前後のトルク比TRに基づいて、変
速過渡期間における入力軸トルクTtを演算し、このTtと
変速先のRiを乗算した値（すなわち、目標出力軸トル
ク）を求め、この値に出力軸トルクToが到達したとき
を、解放側要素の解放タイミングとして設定している。
したがって、実際の入力軸トルクTtの変化に基づいて解
放側要素の解放が行われるので、制御精度が改善され、
解放側要素のトルク分担が“0"になった時点でこれを適
切に解放することができる。その結果、エンジンの空吹
きやインターロックを回避することができ、エンジンの
運転状態や自動変速機の特性変化に拘らず、変速ショッ
クを低減することができる。

（効果）本発明によれば、入力軸および出力軸の実際の軸トル
クを検出し、この軸トルクの変化から、解放要素の解放
タイミングを設定しているので、該要素の分担トルクが
“0"となる最適なタイミングに解放タイミングを合わせ
ることができ、エンジンの運転状態の変化や、自動変速
機の特性変化に拘らず、変速ショックを低減することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は本発明に係る自動変速装置の一実施例であ
り、第１図はその全体的構成を示す図、第２図はその自
動変速機の具体的な構成を示す図、第３図はそのトルク
コンバータの各種特性を示す特性図、第４図はその作用
を説明するためのタイミングチャート、第５、６図は従
来の問題点を説明するためにD2速およびD3速のそれぞれ
のトルクフローを示す図である。７……出力軸、８……トルクセンサ（出力軸トルク検出
手段）、10……入力軸、15……歯車変速機構、18……摩
擦係合機構、19……バンドブレーキ（他方の摩擦要
素）、21……ハイクラッチ（一方の摩擦要素）、２……
エンジン回転センサ（入力軸トルク検出手段）、６……
入力軸回転センサ（入力軸トルク検出手段）、33……入
力軸トルク演算装置（入力軸トルク検出手段）、34……
解放タイミング設定装置（演算手段、信号発生手段）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンにより回転駆動される入力軸と、
駆動系に結合される出力軸と、該入力軸および出力軸の
間に介在し、複数の変速比の一つを選択可能な歯車変速
機構と、複数の摩擦要素が選択的に締結、解放して前記
変速比を選択する摩擦係合機構と、を具備し、現在と異なる変速比への切り換えを指令する変速指令が
入力されると、前記摩擦係合機構の少なくとも二つの摩
擦要素のうち、一方の摩擦要素が解放状態から締結状態
へと移行する間に、締結状態にある他方の摩擦要素がタ
イミング信号に従って解放状態にされ、前記入力軸およ
び出力軸間の変速比を前記現在と異なる変速比へと切り
換える自動変速装置において、前記入力軸の軸トルクを検出する入力軸トルク検出手段
と、前記出力軸の軸トルクを検出する出力軸トルク検出
手段と、検出された入力軸トルクおよび前記現在と異な
る変速比に基づいて、前記現在と異なる変速比へと切り
換えられたときの目標出力軸トルクを演算する演算手段
と、検出された出力軸トルクが目標出力軸トルクに到達
したとき、前記タイミング信号を発生する信号発生手段
と、を備えたことを特徴とする自動変速装置。