(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主変速機である無段変速機の前段に、副変速機である、摩擦締結機構と、この摩擦締結機構を動作させるアクチュエータと、エンジンと逆方向の回転を阻止するワンウェイクラッチと、遊星歯車機構とを具え、前記摩擦締結機構を解放し前記ワンウェイクラッチにより前記遊星歯車機構のいずれかの回転要素の回転を阻止することで１速選択状態となり、前記摩擦締結機構を締結して前記遊星歯車機構を一体回転させることで２速選択状態となるように構成された有段変速機を直列に接続し、
前記副変速機を１速から２速へ変速させるに際し、
まず、前記主変速機を減速側に変速すると共に、この変速中のエンジン回転数を、前記変速を開始したときの回転数に維持して、前記主変速機の入力軸側から前記副変速機の出力軸側へのトルク入力により前記副変速機の出力軸回転数を上昇させ、
その後、前記副変速機の出力軸回転数が該副変速機の入力軸回転数とほぼ等しくなった時点で、前記摩擦締結機構を動作させて２速へ変速する事を特徴とする車両用変速機の制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記主変速機の減速動作に伴い、前記副変速機の入力軸と接続しているエンジンのトルクを低下させるように制御することを特徴とする車両用変速機の制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、
前記エンジントルクの制御を、エンジンスロットルの電子制御により行うことを特徴とする車両用変速機の制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置において、
前記主変速機の減速動作を、前記副変速機の入力軸と接続しているエンジンのトルクが所定値以下の場合にのみ行うことを特徴とする車両用変速機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動変速機と有段変速機とを直列に接続した車両用変速機の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
かかる車両用変速機の制御装置として、例えば特開平5-10428号公報および特開平5-79554号公報にそれそれ記載されているものがある。
【０００３】
前者は副変速機である有段変速機の変速動作が開始すると、主変速機である無段変速機の目標変速比を副変速機のギヤ段切り換え後の変速比に基づいて決定し、副変速機の変速動作中は、無段変速機の変速比を前記目標変速比とし、それによって有段変速比のアップシフト時に目標入力回転速度のアンダーシュートを防止し、運転者の違和感を解消するものである。
【０００４】
また後者は副変速機のシフトアップ動作が開始すると、無段変速機を所定時間、所定の変速速度で速やかに減速変速させることにより、入力回転数の上昇を抑制し、変速ショックの防止を図るものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、いずれの場合も有段変速機側での変速動作を開始してから無段変速機側での変速動作を開始していることから、有段変速機の締結機構（クラッチ）の締結の際に、この締結機構において過大なエネルギー吸収が発生する。そのためクラッチ自体の耐久性を向上させる必要があり、これは車両の製造コストを増加させる要因の一つとなり得る。また、有段変速機において高熱が発生し、特に変速動作を行うための流体圧アクチュエータの作動流体が過度に高温となり得るという問題もある。
【０００６】
本発明の目的は、上記の問題に鑑み、主変速機である無段変速機と副変速機である有段変速機とを直列に接続した車両用変速機において、副変速機の締結機構の耐久性が過剰なものになることを抑制し、かつ、変速動作に伴って副変速機が過度に高温となることを抑制することのできる、車両用変速機の制御装置を提案することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的のため本発明は、請求項１に記載のごとく、
主変速機である無段変速機の前段に、副変速機である、摩擦締結機構と、この摩擦締結機構を動作させるアクチュエータと、エンジンと逆方向の回転を阻止するワンウェイクラッチと、遊星歯車機構とを具え、前記摩擦締結機構を解放し前記ワンウェイクラッチにより前記遊星歯車機構のいずれかの回転要素の回転を阻止することで１速選択状態となり、前記摩擦締結機構を締結して前記遊星歯車機構を一体回転させることで２速選択状態となるように構成された有段変速機を直列に接続し、
前記副変速機を１速から２速へ変速させるに際し、
まず、前記主変速機を減速側に変速すると共に、この変速中のエンジン回転数を、前記変速を開始したときの回転数に維持して、前記主変速機の入力軸側から前記副変速機の出力軸側へのトルク入力により前記副変速機の出力軸回転数を上昇させ、
その後、前記副変速機の出力軸回転数が該副変速機の入力軸回転数とほぼ等しくなった時点で、前記摩擦締結機構を動作させて２速へ変速する事を特徴とするものである。
【０００８】
【発明の効果】
かかる本発明による車両用変速機の制御装置においては、副変速機である有段変速機の増速側への変速動作（１速から２速）を行う場合、最初に主変速機である無段変速機を減速側へ変速すると共に、この変速中のエンジン回転数を、前記変速を開始したときの回転数に維持し、それによって主変速機の入力軸側から副変速機の出力軸側へトルクを入力して副変速機の出力軸回転数を上昇させ、この副変速機における出力軸回転数が入力軸回転数、すなわちエンジン回転数と等しくなった時点で、副変速機の締結機構を動作させることにより変速動作を行うこととしている。
【０００９】
それによって、副変速機での増速側への変速動作における締結要素（クラッチ）が吸収するエネルギーが過大なものとなることを抑制し、過度に耐久性の高いクラッチを使用する必要がなくなることから、クラッチのみならず副変速機自体を小型化、軽量化することもでき、車両の製造コスト削減に寄与し得ることとなる。またクラッチでのエネルギー吸収に伴う熱の発生も抑制し得ることともなり、変速動作を行うための流体圧アクチュエータの作動流体が過度に高温となることを防ぐことができるようになる。
【００１０】
また本発明による車両用変速機の制御装置においては、請求項２に記載のごとく、主変速機である無段変速機側での減速動作において、副変速機の入力軸側、すなわちエンジンのトルクを低下させるように制御することが望ましく、この場合、請求項３に記載のごとく、エンジントルクの制御を、エンジンスロットルの電子制御により行うことがさらに好適である。
【００１１】
エンジントルク、すなわち副変速機に入力されるトルクを低下させることにより、クラッチの締結動作の際にクラッチが吸収するエネルギーを小さくすることが可能となり、本発明による作用効果をより顕著なものとすることができる。
【００１２】
特にエンジントルクの制御を、エンジンスロットルの電子制御を用いて行うことにより、正確で信頼性の高い制御を行うことが可能となり、本発明による作用効果をさらに顕著なものとすることができる。
【００１３】
さらに本発明による車両用変速機の制御装置においては、請求項４に記載のごとく、副変速機における増速側への変速動作に伴う主変速機の減速動作を、エンジンのトルクが所定値以下の場合にのみ行うことが好適である。
【００１４】
つまり、エンジントルクが、これを減少させる必要がない程度に低い場合には、前述したエンジントルクを低下させないようにし、それによって不必要な制御動作を行うことなく、本発明による作用効果をより一層顕著なものとすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
【００１６】
図１は本発明の一実施形態に係る車両用変速機の制御装置の構成を示す断面図である。先ず本装置における伝動経路の概略を説明するに、エンジン（原動機）1からの回転は、後に詳細に説明する副変速機20および変速機入力軸3を経て、前後進切り換え機構4に伝達される。
【００１７】
この前後進切り換え機構4は、Ｄレンジでの前進走行時においては前進クラッチ4aを締結されてトルクコンバータ2からのエンジン回転をそのまま伝達し、Ｒレンジでの後進走行時においては後進ブレーキ4bを締結されてトルクコンバータ2からのエンジン回転を減速、逆転下に伝達し、Ｐ，Ｎレンジでの駐停車時においては前進クラッチ4aおよび後進ブレーキ4bの双方を解放されてトルクコンバータ2からのエンジン回転を後段に伝達しなくする。
【００１８】
前後進切り換え機構4の後段には、２個のトロイダル伝動ユニット（フロント側トロイダル伝動ユニット5およびリヤ側トロイダル伝動ユニット6）を、後述するように同軸背中合わせに配置して設ける。これらトロイダル伝動ユニット5，6はそれぞれ、入力ディスク7と、これに同軸に対向配置した出力ディスク8と、対応する入出力ディスク7，8間に介在させた一対ずつのパワーローラ9とを具えた同様な構成とする。なお、図示の変速装置では、前後進切り換え機構4とトロイダル伝動ユニット5，6とで主変速機を構成するものとする。
【００１９】
両トロイダル伝動ユニット5，6は、それぞれの出力ディスク8が背中合わせになるよう同軸に配置し、この配置に当たっては、それぞれの入力ディスク7を主軸10に回転係合させて前後進切り換え機構4からの回転が共通に入力されるようになし、それぞれの出力ディスク8を主軸10上に回転自在に支持する。また両出力ディスク8は中空出力軸11を介して相互に一体結合し、この中空出力軸11上に出力歯車12を固設する。
【００２０】
出力歯車12は、カウンターシャフト13の前端におけるカウンターギヤ14に噛合させ、カウンターギヤ14の後端を出力歯車組15を経て、主軸10の後方へ同軸配置した変速機出力軸16に駆動結合させる。
【００２１】
前後進切り換え機構4からの回転は両入力ディスク7へ共通に伝達され、入力ディスク7の回転は対応するパワーローラ9を介して出力ディスク8に達し、この回転が共通な出力歯車12から、これに噛合するカウンターギヤ14およびカウンターシャフト13、並びに出力歯車組15を順次経て変速機出力軸16から取り出される。
【００２２】
変速に際しては、パワーローラ9を自己の回転軸線が入出力ディスク7，8の回転軸線と交差する中立位置から同期して同位相で（同じ変速方向に）オフセットさせると、パワーローラ9が回転時の分力によりパワーローラ回転軸線と直交する首振り軸線周りに同期して同位相で傾転され、これにより入出力ディスク7，8に対するパワーローラ9の接触軌跡円弧径が連続的に変化して所定の無段変速を行うことができる。なお変速比が指令変速比になったところで、パワーローラ9を上記オフセットが0の初期ストローク位置に戻すことで、パワーローラ9の自己傾転は行われなくなり指令変速比を保つことができる。
【００２３】
さて、図示の変速装置は、従来のトロイダル型無段変速機におけるトルクコンバータを副変速機20に置換したものとなっている。この副変速機20は、図2に実態構成を示すが、ハウジング21を具え、このハウジング21をドライブプレート22を介してエンジン1のクランクシャフトに結着し、このハウジング21内に以下の部品を組み込んで副変速機20を構成している。
【００２４】
つまり、トロイダル伝動ユニット5，6とで主変速機を構成する前後進切り換え機構4の入力軸（主変速機の入力軸）3をハウジング21内に挿入し、図2に示すごとく入力軸3の挿入端部上に単純遊星歯車組23を装着する。単純遊星歯車組23はサンギヤ23sと、リングギヤ23rと、これら両ギヤに噛合する複数のピニオン23pと、該ピニオン23pをピニオンシャフト23tを介して回転自在に支持するキャリア23cとから成る通常のものとする。
【００２５】
単純遊星歯車組23のキャリア23cを入力軸3に駆動結合すると共に、高速段選択クラッチ24のクラッチハブ24hにも駆動結合する。単純遊星歯車組23のリングギヤ23rは、ワンウェイクラッチ25を介し中空の固定軸26上に乗せてエンジン1の回転と逆方向に回転し得ないようにする。そしてワンウェイクラッチ25は、図2に明示するごとくワンウェイクラッチ25のインナレース25iを中空固定軸26（変速機ケース）に固定すると共にアウタレース23oをリングギヤ23rに接続して、中空固定軸26およびリングギヤ23r間に介在させる。
【００２６】
高速段選択クラッチ24は上記したクラッチハブ24hのほかに、ハウジング21内に回転自在に収納したクラッチドラム24dを具え、このクラッチドラム24dを高速段用ダンパー27を介してハウジング21に駆動結合する。クラッチドラム24dは更に、低速段用ダンパー28を介して単純遊星歯車組23のサンギヤ23sに駆動結合する。
【００２７】
高速段選択クラッチ24には更に、図2に示すごとくクラッチドラム24d内に軸線方向摺動可能に嵌合したクラッチピストン24pを具え、このピストン24pを油圧αで図2の左方へストロークさせる時、高速段選択クラッチ24は図3に示すごとき締結によりクラッチドラム24dおよびクラッチハブ24h間を結合し、この時高速段用ダンパー27からの回転が低速段用ダンパー28を経由することなくキャリア23cを経て入力軸3にそのまま（高速：直結段選択状態で）伝達される。
【００２８】
しかし、ピストン24pへの油圧αがなくて高速段選択クラッチ24が図1に示すごとく解放されている時は、高速段用ダンパー27からの回転が低速段用ダンパー28を経由して単純遊星歯車組23のサンギヤ23sに達する。ここでサンギヤ23sは、高速段選択クラッチ24が解放されているため、またワンウェイクラッチ25がリングギヤ23rのエンジン1と逆方向の回転を阻止しているため、キャリア23cを減速下に同方向へ回転駆動し、動力は低速段選択状態で入力軸3に伝達される。
【００２９】
なお高速段用ダンパー27のダンパー特性は上記の高速段選択状態（直結段選択状態）で要求される特性に設定し、低速段用ダンパー28は上記の低速段選択状態で要求される特性に設定しておく。
【００３０】
ここで図2に示す前後進切り換え機構4の実態構成を補足説明するに、前後進切り換え機構4は前記した前進クラッチ4aおよび後進ブレーキ4bの他に、単純遊星歯車組4cを具える。
【００３１】
そして前進クラッチ4aを油圧βにより締結する時は、単純遊星歯車組4cのサンギヤ4dおよびリングギヤ4e間が結合されて単純遊星歯車組4cを全ての回転メンバが一体的に回転されるインターロック状態となし、入力軸3からの回転をそのまま後段のトロイダル伝動ユニット5，6（図1参照）へ伝達することによりＤレンジでの前進走行を可能にする。また後進ブレーキ4bを図2の油圧γにより締結する時は、単純遊星歯車組4cのキャリア4fが固定されて入力軸3からの回転を減速、逆転下にサンギヤ4dより後段のトロイダル伝動ユニット5，6へ伝達することによりＲレンジでの後進走行を可能にする。
【００３２】
しかして、Ｐ，Ｎレンジでの駐停車時においては前進クラッチ4aおよび後進ブレーキ4bの双方を解放させて入力軸3からの回転を後段のトロイダル伝動ユニット5，6へ伝達させないことで駐停車を可能にする。
【００３３】
次に図4は、本発明による車両用変速装置の制御方法に係る制御システムの構成を概略示すブロック図である。この制御システムは、前述したエンジン1、主変速機である無段変速機4，5，6、副変速機である有段変速機20、自動変速機制御ユニット(ATCU)30、エンジン制御モジュール(ECM)40およびアクセル41からなる。
【００３４】
ATCU30は主変速機および副変速機の制御に係わるものであり、主変速機からは入力軸回転数および出力軸回転数を、ECM40からはエンジン回転数およびアクセル開度をそれぞれ情報として入力し、これらの情報に基づいて主変速機に対して変速動作のための変速指令を、副変速機に対して変速動作のための遊星歯車クラッチ締結指令を、またECM40に対してエンジン回転数を維持するためのエンジン回転keep指令をそれぞれ出力する。
【００３５】
一方ECM40はエンジン制御に係わるものであり、運転者のアクセル41の操作に基づくアクセル開度およびエンジン1からのエンジン回転数を情報として入力し、これらの情報に基づいてエンジン1に対してスロットル開度指令を出力すると共に、ATCU30に対してエンジン回転数およびアクセル開度を出力する。
【００３６】
図5は、前述した本発明に係る車両用変速装置の制御方法による制御処理手順を示すフローチャートである。以下、その手順について説明する。なお、このフローチャートで示されるプログラムは、図4に示すATCU30に組み込まれている制御プログラムのサブルーチンの一つとして実行されるものである。
【００３７】
まずステップS11において、副変速機20に対して1速から2速への変速要求が有るか否かをチェックする。ここで、副変速機20に対する1速から2速への変速要求が出される場合とは、例えば主変速機（無段変速機）で実現できる変速比を、副変速機が2速の状態でも実現可能である場合である。変速要求の有無をチェックした結果、変速要求が有れば次のステップS12へ進み、変速要求が無ければ処理を終了してメインプログラムへ戻る。
【００３８】
続くステップS12においては、ECM40から得たアクセル開度の値が所定のしきい値よりも小さいか否かをチェックする。ここで図6を参照すると、この図は変速動作前後および変速動作中におけるアクセル開度の時間変化を示すタイムチャートである。図示のように、アクセル開度が所定のしきい値を下回った時点で変速動作を許可することとしているからである。
【００３９】
本ステップS12でアクセル開度の値をチェックした結果、しきい値を下回っていれば次のステップS13へ進み、しきい値を下回っていなければ処理を終了してメインプログラムへ戻る。
【００４０】
次にステップS13において、無段変速機（主変速機）の目標入力回転数をECM40から得たエンジン回転数に設定し、主変速機を減速側に変速する。またこれと並行してエンジン回転数が変化しないようにスロットルを制御する。ここで図7を参照すると、この図は変速動作前後および変速動作中における主変速機の時間変化を示すタイムチャートである。本ステップS13での処理により、図示のように主変速機の変速比を減速側、すなわち変速比が大となる方向に変速させる。
【００４１】
また図8の変速動作前後および変速動作中におけるエンジン回転数の時間変化を示すタイムチャートに示すように、エンジン回転数を変速動作が終了するまで所定の値に維持する。具体的には、ATCU30からECM40に対してエンジン回転keep指令が出され、ECM40からは、この指令に応じたスロットル開度指令がエンジン1に対して出される。
【００４２】
さらにステップS14において、主変速機の入力回転数がエンジン回転数とほぼ等しくなっているか否かをチェックし、入力回転数がエンジン回転数とほぼ等しくなっていればステップS15へ進み、そうでなければ処理を終了してメインプログラムへ戻る。
【００４３】
そしてステップS15において、副変速機20のクラッチ締結により副変速機20の変速動作（1速から2速）を行い、その後メインプログラムへ復帰する。図9は、このときの副変速機20の動作、特に遊星歯車の回転数を示すタイムチャートである。図9において、入力側の遊星歯車（サンギヤ）の回転数は前述したようにエンジン回転数が一定値に維持されることから変速終了まで一定に保たれる。一方、出力側の遊星歯車（キャリア）の回転数は主変速機の変速比の上昇（増速側への変速）によって上昇する。その後両者の回転数が等しくなった時点でクラッチを締結する。
【００４４】
クラッチが締結されて変速動作が終了すると、増速側に変速がなされ、エンジン回転数も低下することから（図8参照）、遊星歯車回転数も低下する。また図10に示すように、遊星歯車の変速比も増速側への変速であることから小さくなる。しかしながら、図11に示すように主変速機は減速側へ、副変速機は増速側への変速動作であるため、変速動作中における変速装置(T/M)全体としての変速比は変化しない。
【００４５】
以上説明したように、本発明に係る車両用変速機の制御装置によれば、副変速機の増速側への変速に際し、最初に主変速機である無段変速機を減速側へ変速すると共に、この変速中のエンジン回転数を、前記変速を開始したときの回転数に維持し、それによって主変速機の入力軸側から副変速機の出力軸側へトルクを入力して副変速機の出力軸回転数を上昇させ、この副変速機における出力軸回転数が入力軸回転数、すなわちエンジン回転数と等しくなった時点で、副変速機の締結機構を動作させることにより変速動作を行うこととしていることから、副変速機での増速側への変速動作における締結要素（クラッチ）が吸収するエネルギーが過大なものとなることを抑制し、過度に耐久性の高いクラッチを使用する必要がなく、クラッチのみならず副変速機自体を小型化、軽量化することもでき、車両の製造コスト削減に寄与し得ることとなる。またクラッチでのエネルギー吸収に伴う熱の発生も抑制し得ることともなり、変速動作を行うための流体圧アクチュエータの作動流体が過度に高温となることを防ぐことができるようになる。
【００４６】
なお、上述した実施形態においては、主変速機がトロイダル型無段変速機である場合について説明したが、本発明による制御方法は、主変速機が他の形式の無段変速機の場合にも適用することができ、前述した実施形態と同様の作用効果を奏し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る制御方法を適用する車両用変速装置の構成を示す模式図である。
【図２】  図１の装置における副変速機の実態構成を、前後進切り換え機構と共に示す半部縦断側面図である。
【図３】  同副変速機を高速段選択状態で示すと共に同前後進切り換え機構を前進回転伝動状態で示す模式的側面図である。
【図４】  本発明による車両用変速装置の制御方法に係る制御システムの構成を概略示すブロック図である。
【図５】  本発明に係る車両用変速装置の制御方法による制御処理手順を示すフローチャートである。
【図６】  図５のフローチャートにより変速制御を行った場合のアクセル開度の時間変化を示すタイムチャートである。
【図７】  図５のフローチャートにより変速制御を行った場合の主変速機変速比の時間変化を示すタイムチャートである。
【図８】  図５のフローチャートにより変速制御を行った場合のエンジン回転数の時間変化を示すタイムチャートである。
【図９】  図５のフローチャートにより変速制御を行った場合の副変速機の遊星歯車回転数の時間変化を示すタイムチャートである。
【図１０】  図５のフローチャートにより変速制御を行った場合の副変速機の遊星歯車変速比の時間変化を示すタイムチャートである。
【図１１】  図５のフローチャートにより変速制御を行った場合の変速装置全体での変速比の時間変化を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１  エンジン（原動機）
３  自動変速機の入力軸
４  前後進切り換え機構
５  フロント側トロイダル伝動ユニット
６  リヤ側トロイダル伝動ユニット
７  入力ディスク
８  出力ディスク
９  パワーローラ
10  主軸
11  中空出力軸
12  出力歯車
13  カウンターシャフト
14  カウンターギヤ
15  出力歯車組
16  変速機出力軸
20  副変速機
21  ハウジング
22  ドライブプレート
23  単純遊星歯車組
23c キャリア
23r リングギヤ
23s サンギヤ
24  高速段選択クラッチ
24h クラッチハブ
24d クラッチドラム
24p クラッチピストン
25  ワンウェイクラッチ
26  中空固定軸
27  高速段用ダンパー
28  低速段用ダンパー
30  自動変速機制御ユニット(ATCU)
40  エンジン制御モジュール(ECM)
41  アクセル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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