(57)【要約】【課題】  回転を許容する方向を切替可能なツーウェイクラッチ(TWC)の許容回転方向の切り替えにより前速段と後進段を切り替える自動変速機において、TWCの許容回転方向を後進段確立する方向から前進段を確立する方向に適切に切り替える。【解決手段】  ECU30は、自動変速機10のシフトレンジポジションを検出し、TWC22の許容回転方向を検出する。シフトレンジポジションとしてニュートラルレンジポジションが検出され、TWC22の許容回転方向として後進段を確立する方向が検出されると、TWC22の許容回転方向を前進段を確立する方向に切り替える。【選択図】  図7
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源(20)からの駆動力を車両の走行状態に応じて複数の変速段から所定の変速段に変速し、前記変速した駆動力を前記車両の駆動輪に伝達する自動変速機(10)であって、
前記自動変速機は、サンギヤ、キャリア、リングギヤの回転要素を備えた複数の遊星歯車機構(P1-P4)と、前記遊星歯車機構の回転要素を連結または固定する複数の係合機構とを有し、前記複数の係合機構の係合の組み合せによって前記変速段を確立し、
前記複数の係合機構の一つは前記複数の遊星歯車機構の回転要素の一つの回転方向を許容する許容回転方向が切替可能な機械式係合機構(F1)であり、その他の係合機構は摩擦式係合機構(C1-C3, B1-B3)であり、前進段と後進段において前記機械式係合機構の許容回転方向を切り替えるように、前記機械式係合機構を作動させる自動変速機の制御装置(30)において、
前記自動変速機のシフトレンジポジションを検出するポジション検出手段(30)と、
前記機械式係合機構の許容回転方向を検出する回転方向検出手段(30)とを備え、
前記シフトレンジポジションとしてニュートラルレンジポジションが検出され、前記機械式係合機構の許容回転方向として前記後進段を確立する方向が検出されると、前記機械式係合機構の許容回転方向を前記前進段を確立する方向に切り替える自動変速機の制御装置。
【請求項２】
さらに、前記車両の車速を検出する車速検出手段(33)を備え、
所定速度以上の車速が検出された場合、前記機械式係合機構を前記前進段を確立する方向に切り替える請求項1に記載された自動変速機の制御装置。
【請求項３】
前記シフトレンジポジションとしてニュートラルレンジポジションが検出され、前記機械式係合機構の許容回転方向として前記後進段を確立する方向が検出され、前記車速として前記所定速度以上が検出され、前記シフトレンジポジションを前記前進段にシフトする信号が入力された場合、前記機械式係合機構の許容回転方向が前記前進段を確立する方向に切り替えられことが検出されるまで、前記前進段へのシフトを待機する請求項2に記載された自動変速機の制御装置。
【請求項４】
前記機械式係合機構の許容回転方向を前記後進段を確立する方向から前記前進段を確立する方向に切り替えられない場合、前記機械式係合機構の許容回転方向が前記後進段を確立する方向であっても、所定の前進段を確立することができる前記係合機構の係合の組み合わせを実行する請求項1から請求項3の何れか一項に記載された自動変速機の制御装置。
【請求項５】
前記所定の前進段を確立した場合、前記駆動源である内燃機関が所定回転数を超えると判定される場合は変速段の確立を禁止する請求項4に記載された自動変速機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遊星歯車機構を用いた自動変速機の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用の自動変速機においては、走行性能や運転性能を向上するために、変速段の多段化が進んでいる。自動変速機は、一般に遊星歯車機構、および、ワンウェイクラッチ（以下、OWC）、ツーウェイクラッチ（以下、TWC）、ブレーキ、クラッチなどの係合機構を備え、係合機構によって動力伝達経路を切り替えることで各変速段を実現する。このため、遊星歯車機構や係合機構の数を増やすことにより、変速段の段数を増やすことができる（特許文献1参照）。
【０００３】
TWCを用いた自動変速機において、TWCが後進段側に切り替わった状態で、ニュートラルレンジで降坂して加速し、ニュートラルレンジから二速段以上にインギヤすると自動変速機においてインターロックが発生し、車輪が固定されてしまう場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2012-097864号公報
【特許文献２】特開2012-117552号公報
【特許文献３】特開2012-154425号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、回転許容方向が切替可能なツーウェイクラッチ(TWC)の許容回転方向を切り替えて前速段と後進段を切り替える自動変速機において、TWCの許容回転方向を後進段を確立する方向から前進段を確立する方向に適切に切り替えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記の目的を達成する一手段として、以下の構成を備える。
【０００７】
請求項1の発明は、駆動源(20)からの駆動力を車両の走行状態に応じて複数の変速段から所定の変速段に変速し、前記変速した駆動力を前記車両の駆動輪に伝達する自動変速機(10)であって、前記自動変速機は、サンギヤ、キャリア、リングギヤの回転要素を備えた複数の遊星歯車機構(P1-P4)と、前記遊星歯車機構の回転要素を連結または固定する複数の係合機構とを有し、前記複数の係合機構の係合の組み合せによって前記変速段を確立し、前記複数の係合機構の一つは前記複数の遊星歯車機構の回転要素の一つの回転方向を許容する許容回転方向が切替可能な機械式係合機構(F1)であり、その他の係合機構は摩擦式係合機構(C1-C3, B1-B3)であり、前進段と後進段において前記機械式係合機構の許容回転方向を切り替えるように、前記機械式係合機構を作動させる自動変速機の制御装置(30)において、前記自動変速機のシフトレンジポジションを検出するポジション検出手段(30)と、前記機械式係合機構の許容回転方向を検出する回転方向検出手段(30)とを備え、前記シフトレンジポジションとしてニュートラルレンジポジションが検出され、前記機械式係合機構の許容回転方向として前記後進段を確立する方向が検出されると、前記機械式係合機構の許容回転方向を前記前進段を確立する方向に切り替える。
【０００８】
請求項2の発明は、さらに、前記車両の車速を検出する車速検出手段(33)を備え、所定速度以上の車速が検出された場合、前記機械式係合機構を前記前進段を確立する方向に切り替える。
【０００９】
請求項3の発明は、前記シフトレンジポジションとしてニュートラルレンジポジションが検出され、前記機械式係合機構の許容回転方向として前記後進段を確立する方向が検出され、前記車速として前記所定速度以上が検出され、前記シフトレンジポジションを前記前進段にシフトする信号が入力された場合、前記機械式係合機構の許容回転方向が前記前進段を確立する方向に切り替えられことを検出するまで、前記前進段へのシフトを待機する。
【００１０】
請求項4の発明は、前記機械式係合機構の許容回転方向を前記後進段を確立する方向から前記前進段を確立する方向に切り替えられない場合、前記機械式係合機構の許容回転方向が前記後進段を確立する方向であっても、所定の前進段を確立することができる前記係合機構の係合の組み合わせを実行する。
【００１１】
請求項5の発明は、前記所定の前進段を確立した場合、前記駆動源である内燃機関が所定回転数を超えると判定される場合は変速段の確立を禁止する。
【発明の効果】
【００１２】
請求項1の発明によれば、回転を許容する方向を切替可能なツーウェイクラッチ(TWC)の許容回転方向の切り替えにより前速段と後進段を切り替える自動変速機において、TWCの許容回転方向を後進段確立する方向から前進段を確立する方向に適切に切り替えることができる。
【００１３】
請求項2の発明によれば、ニュートラルレンジポジションで車速が上昇して機械式係合機構の切換えができなくなる前に機械式係合機構の切り替えを確実に行うことができ、機械式係合機構の過負荷入力を防ぐことができる。
【００１４】
請求項3の発明によれば、インターロックを防止することができる。
【００１５】
請求項4の発明によれば、TWCの故障時の走行能力を確保することができる。
【００１６】
請求項5の発明によれば、内燃機関の保護および急減速を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例の自動変速機のスケルトン図。
【図２】自動変速機における係合機構の係合表。
【図３】TWCの係合状態を示す図。
【図４】自動変速機の通常の速度線図。
【図５】インターロックの発生を説明するための速度線図。
【図６】TWCの一例を示す断面図。
【図７】自動変速機のシステム構成例を示すブロック図。
【図８】TWC切替制御を説明するフローチャート。
【図９】TWCが切替不能な状態を考慮したシフトレンジポジションの切替制御を説明するフローチャート。
【図１０】2.5速段を示す自動変速機の速度線図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明にかかる実施例の自動変速機の制御を図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
［自動変速機］
●スケルトン図
図1は実施例の自動変速機10のスケルトン図である。自動変速機10は、その変速機ケースを構成するケーシング部材12内に回転自在に軸支された入力軸11と、ケーシング部材12に支持された支持部材12aに、入力軸11と同軸回りに回転自在に支持された出力部材13を備える。
【００２０】
入力軸11には、図示しない内燃機関や電動機などの駆動源から駆動力が入力され、当該駆動力によって入力軸11が回転する。入力軸11と駆動源の間には発進デバイスを設けることができ、発進デバイスを設けることで変速ショックの緩和などを図ることができる。発進デバイスとしては、クラッチタイプの発進デバイス（単板クラッチや多板クラッチなど）や、流体継手タイプの発進デバイス（トルクコンバータなど）を挙げることができる。
【００２１】
出力部材13は、入力軸11と同心の出力ギヤを備え、入力軸11の回転は以下に述べる変速機構により変速されて出力部材13に伝達される。出力部材13の回転は、例えば、図示しない差動歯車装置を介して駆動輪に伝達される。
【００２２】
自動変速機10は、変速機構として第一から第四の遊星歯車機構P1〜P4、および、複数の係合機構を備える。複数の係合機構には、摩擦式係合機構としてクラッチC1〜C3およびブレーキB1〜B3が、機械式係合機構としてツーウェイクラッチ(TWC)F1が含まれる。遊星歯車機構P1〜P4は、サンギヤS、リングギヤR、ピニオンギヤP、ピニオンギヤを支持するキャリアCを回転要素として備え、入力軸11と同軸上に配設されている。
【００２３】
係合機構は、遊星歯車機構P1〜P4の所定の回転要素の間、入力軸11と所定の回転要素の間、または、所定の回転要素とケーシング部材12の間の何れかを解除可能に連結する。各係合機構の状態を連結状態と連結解除状態の間で切り替えることで、入力軸11から出力部材13への動力伝達経路を切り替えることができ、複数の変速段が実現される。
【００２４】
本実施例において、遊星歯車機構P1〜P4は何れもシングルピニオン型の遊星歯車機構である。また、摩擦式の係合機構として、乾式または湿式の単板クラッチ、乾式または湿式の多板クラッチ、特許文献2の図4に記載されたTWCなどが挙げられる。
【００２５】
●係合機構
図2は自動変速機10における係合機構の係合表である。図2において、ブレーキBnおよびクラッチCnの列に記号○を付す場合は当該係合機構を連結状態にすることを示し、記号を付さない場合は当該係合機構を連結解除状態にすることを示す。また、TWC F1の列に記載する記号RはTWCをツーウェイクラッチとして連結状態にすることを示す。同様に、記号FはTWCをワンウェイクラッチとして連結状態にすることを示し、記号(F)はTWCをワンウェイクラッチで連結解除状態にすることを示す。
【００２６】
図3はTWC F1の係合状態を示す。後進段RVS1において、TWC F1は連結状態Rにあり、車輪の駆動時と非駆動（エンジンブレーキ）ともに遊星歯車機構P2のキャリアCはロック状態である。一速段1stにおいて、TWC F1は連結状態Fにあり、車輪の駆動時は遊星歯車機構P2のキャリアCはロック状態であり、空走時は遊星歯車機構P2のキャリアCはフリー状態である。二速段以上2nd-10thにおいて、TWC F1は連結解除状態(F)にあり、遊星歯車機構P2のキャリアCはフリー状態である。
【００２７】
このように、実施例の自動変速機10は、各変速段において、七つの係合機構のうち三つを連結状態にすることで前進10段の変速段と後進段RVS1を実現する。なお、図2に記載する2.5速段は通常の走行時に使用される変速段ではなく、詳細は後述するが、フェール時に使用される変速段である。
【００２８】
●速度線図
図4は自動変速機10の通常の速度線図である。一方、図5はインターロックの発生を説明するための速度線図である。図5に示す太実線はTWC F1が連結状態Fまたは連結解除状態(F)にある場合の二速段の速度線図を示し、この場合、インターロックは発生しない。
【００２９】
図4に示す太破線51はTWC F1が連結状態Rにある場合のインターロックの発生を示す。つまり、二速段の係合機構の組み合わせ（ブレーキB1、B2、クラッチC2が連結状態）になると、TWC F1が連結状態Rにあるため、遊星歯車機構P2のキャリアC2が固定されてしまい、インターロックが発生する。このような状況は、例えば車両を後退させた後、ニュートラルレンジで降坂して加速し、ニュートラルレンジから二速段以上にインギヤする場合に発生する。
【００３０】
●TWC
上記インターロックを防ぐために、二速段以上にインギヤする前にTWC F1を連結状態Rから連結状態Fまたは連結解除状態(F)に切り替えることが考えられるが、切り替えができない場合があり、以下、この点を説明する。なお、以下では、TWC F1の許容回転方向が後進段を確立する方向にある状態Rを「後進状態R」と記載し、TWC F1の許容回転方向が前進段を確立する方向にある状態Fまたは連結解除状態(F)を「前進状態F」と記載する場合がある。
【００３１】
図6はTWCの一例を示す断面図である。TWCは、キャリアCに連結されるインナーリングTW1、インナーリングTW1の径方向の外側に離間して配置されるアウターリングTW2、並びに、インナーリングTW1とアウターリングTW2の間に配置される保持リングTW3を備える。アウターリングTW2は、ケーシング部材12に連結されている。インナーリングTW1には、外周面に複数のカム面TW1aが形成されている。保持リングTW3には、カム面TW1aに対応して複数の切欠孔TW3aが設けられている。切欠孔TW3aには、ローラTW4が収容されている。
【００３２】
TWCは、図示しない第一および第二の電磁クラッチを備える。第一の電磁クラッチに通電すると、アウターリングTW2と保持リングTW3が連結される。第一の電磁クラッチが非通電の場合、保持リングTW3は、インナーリングTW1とアウターリングTW2に対して相対回転自在になる。また、ローラTW4の径は、ローラTW4がカム面TW1aの中央部にあるときは隙間Aが開き（図6(a)）、ローラTW4がカム面TW1aの端部にあるときにはインナーリングTW1とアウターリングTW2に接触する（図6(b)）ように設定されている。
【００３３】
従って、第一の電磁クラッチが非通電の場合、保持リングTW3は、自由に回転することができ、図6(a)に示すように、ローラTW4はカム面TW1aの中央部に位置し続けることが可能な状態になる。
【００３４】
他方、第一の電磁クラッチが通電されている場合、保持リングTW3は、アウターリングTW2を介してケーシング部材12に固定される。この場合、インナーリングTW1が正転または逆転しようとしても、図6(b)に示すように、保持リングTW3が固定されているため、ローラTW4がカム面TW1aの端部に位置することになる。従って、ローラTW4がカム面TW1aとアウターリングTW2の内周面に挟まれて、インナーリングTW1の回転が阻止される。つまり、TWCはロック状態になる。
【００３５】
第二の電磁クラッチは、次の状態を自在に切り替えるように構成されている。第一の状態は、切欠孔TW3aがカム面TW1aの一端部に位置する状態で、保持リングTW3とインナーリングTW1の連結状態である（図6(b)）。第二の状態は、図示しないが切欠孔TW3aがカム面TW1aの他端部に位置する状態で、保持リングTW3とインナーリングTW1の連結状態である。第三の状態は、保持リングTW3とインナーリングTW1の連結解除状態である。
【００３６】
図6における時計回り方向を逆転方向とすると、TWCは、第一の電磁クラッチの非通電によりアウターリングTW2と保持リングTW3の連結を解除し、第二の電磁クラッチを第一の状態にすることによって逆転を阻止する状態になる。
【００３７】
シフトレンジポジションがニュートラルレンジボジションにあり、車速がある状態、つまり、下り坂などで足軸から回されて車両が前進しているような状況において、TWC F1には荷重として、遊星歯車機構P2のサンギヤS2を構成する要素の駆動分（要素イナーシャおよびキャリアC2のクラッチフリクションなど）が加わる。低車速において要素の駆動分のトルクが小さいが、高車速になるほどキャリアC2の差回転が大きくなり、キャリアC2のフリクションが大きくなり、TWC F1を後進状態Rから前進状態Fに切り替えることが難しくなる。そこで、高車速になる前の低車速において、TWC F1を後進状態Rから前進状態Fに切り替える。
【００３８】
［システム構成］
図7は自動変速機のシステム構成例を示すブロック図である。
【００３９】
電子制御ユニット(ECU)30は、アクセルペダル31の操作に応じてエンジン20の回転を制御する。また、ECU30は、シフトレバー32の操作に基づき自動変速機10のシフトレンジポジションを制御する。このシフトレンジポジションの制御には、TWC22（TWC F1）の上述した第一および第二の電磁クラッチに相当する電磁クラッチ22aと22bを作動させてTWC22の後進状態R/前進状態Fを切り替える制御も含まれる。
【００４０】
ECU30は、TWC22を後進状態Rから前進状態Fに切り替えるTWC切替制御やシフトレンジポジションの切替制御を行うために次の情報などを入力する。つまり、エンジン回転数Ne、自動変速機10の入力軸11の回転数（メインシャフト回転数）Nm、出力軸（出力部材13）の回転数Nc、電磁クラッチ22aと22bの動作状態を示す信号S1とS2、並びに、車速センサ33の車速検出信号Vなどである。ECU30は、信号S1とS2からTWCの状態（許容回転方向）を検出する回転方向検出を行う。
【００４１】
また、ECU30は、車両の走行状態に応じてマップから得られる信号に基づき自動変速機10のシフトレンジポジションの検出（ポジション検出）、および、係合機構のシフタにより選択したシフトレンジポジションにシフトする動作を行う。
【００４２】
ECU30は、CPU、RAM、EEPROMなどの不揮発性メモリを備える。CPUは、RAMをワークメモリとして、不揮発性メモリに格納されたプログラムを実行することで、後述する処理を含む各種処理を実行する。
【００４３】
図8はTWC切替制御を説明するフローチャートである。
【００４４】
CPUは、電磁クラッチ22a、22bの故障により、TWC22を後進状態Rから前進状態Fに切替不能な状態にあるか否かを判定する(S10)。切替不能な状態にある場合、その処理は後述するが、CPUは、図8に示す以下の処理を実行しない。また、電磁クラッチ22a、22bが正常（切替可能な状態）の場合、CPUは、図8に示す以下の処理を実行する。
【００４５】
CPUは、TWC22を後進状態Rから前進状態Fに切り替えるか否か、並びに、自動変速機10をニュートラルレンジポジションから二速段以上にシフトするか否かを判定する(S11)。なお、以下では、後進状態Rから前進状態Fへの切り替えを「R→F」、ニュートラルレンジポジションを「Nレンジ」、二速段以上のシフトレンジを「Dレンジ」、NレンジからDレンジへのシフト動作を「N→D」と表記する。
【００４６】
R→F中かつN→Dではない場合、CPUは、自動変速機10がNレンジか否かの判定(S12)、TWC22の状態の判定(S13)を行う。そして、自動変速機10がNレンジ以外の前進段であるか、TWC22が前進状態Fにある場合は処理をステップS11に戻す。
【００４７】
R→F中かつN→Dではなく、自動変速機10がNレンジであり、TWC22が後進状態Rにある場合、CPUは、R→F中であるか否かの判定(S14)、車速Vと規定車速Vrの比較(S15)を行う。そして、R→F中ではなく、かつ、V＜Vr（車速が規定車速未満）の場合は処理をステップS11に戻す。また、R→F中であるか、V≧Vr（車速が規定車速以上）の場合はTWC22を後進状態Rから前進状態Fに切り替えるTWC切替制御を行い(S16)、処理をステップS11に戻す。
【００４８】
規定車速Vrは例えば1km/hから2km/hの範囲の速度である。つまり、車速が上がってキャリアC2のフリクション等の影響でTWC22の荷重が大きくなる前に切り替える。
【００４９】
一方、ステップS11においてR→F中かつN→Dと判定した場合、CPUは、TWC22の状態を判定する(S17)。そして、TWC22が後進状態Rにある場合は自動変速機10のNレンジからDレンジへの切り替えを禁止（以下、N→D禁止）し(S18)、TWC切替制御を行い(S16)、処理をステップS11に戻す。このN→D禁止は、ステップS17においてTWC22が前進状態Fにあると判定された場合に解除される(S19)。つまり、TWC22が後進状態Rから前進状態Fに切り替わるまで自動変速機10のNレンジからDレンジへの切り替えが待機され、TWC22が後進状態Rから前進状態Fに切り替わった後、自動変速機10のNレンジからDレンジへの切り替えが行われる。
【００５０】
図9はTWC22が切替不能な状態を考慮したシフトレンジポジションの切替制御を説明するフローチャートである。
【００５１】
CPUは、自動変速機10をNレンジからDレンジに切り替える（N→D）か否かを判定し(S21)、N→Dではない場合は処理をステップS21に戻す。
【００５２】
N→Dの場合、CPUは、電磁クラッチ22a、22bの故障（TWC22を後進状態Rから前進状態Fに切替不能な状態）を判定する(S22)。電磁クラッチ22a、22bが正常（TWC22が切替可能な状態）ならば、N→D禁止が設定されているか否かを判定する(S23)。そして、N→D禁止が設定されている場合は処理をステップS21に戻す。また、N→D禁止が設定されていない場合は通常のシフトレンジポジションの切替制御を行い(S24)、処理をステップS21に戻す。
【００５３】
ステップS22で切替不能な状態と判定した場合、CPUは、自動変速機10を図2に示す2.5速段に係合した場合、エンジン回転数Neが所定回転数を超えてレッドゾーンに入らないか否かを判定する(S25)。エンジン回転数Neが所定回転数を超えない場合は自動変速機10を2.5速段に係合し(S26)、エンジン回転数Neが所定回転数を超える場合はN→D禁止を設定する(S27)。
【００５４】
図10は2.5速段を示す自動変速機10の速度線図である。2.5速段においては、TWC F1が後進状態Rのままで遊星歯車機構P2のキャリアC2が固定されていても、インターロックは発生しない。つまり、電磁クラッチ22a、22bの故障によりTWC22を後進状態Rから前進状態Fに切替不能な状態の場合は、シフトレンジポジションをインターロックが発生しない2.5速段にシフトする。ただし、高車速でエンジン回転数Neがレッドゾーンに入る危惧がある場合はN→D禁止を設定して、自動変速機10を2.5速段に係合させない。
【００５５】
上記では、遊星歯車機構P2のキャリアC2にTWCが接続された自動変装機を説明したが、TWCの代わりにブレーキを使う自動変速機（例えば特許文献3）にも、本願発明は有効である。
【００５６】
このように、回転許容方向が切替可能なTWCの回転許容方向を切り替えて前速段と後進段を切り替える自動変速機において、シフトレンジポジションがNレンジにあり、TWCの許容回転方向が後進段を確立する方向（後進状態R）にある場合、車速が所定速度以上になると、TWCの許容回転方向を前進段を確立する方向（前進状態F）に切り替える。さらに、TWCの切り替えが完了するまではマップ等に応じた変速制御を停止する。
【００５７】
従って、例えば車両を後退させた後、Nレンジで降坂して加速し、Nレンジから二速段以上にインギヤする場合に発生するインターロックを回避することができ、走行時のNレンジから二速段以上のシフト動作（N→D）が可能になる。さらに、抜き荷重が小さい低速時にTWC切替制御を実行するため、TWCに加わる余計な負荷を回避することができる。
【００５８】
さらに、TWCが切替不能状態にある場合は、TWCが後進状態Rにあっても、2.5速段を確立することができる係合機構の係合の組み合わせを実行する。ただし、高車速でエンジン回転数Neがレッドゾーンに入る危惧がある場合はN→D禁止を設定する。
【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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