(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸と出力軸との間のトルク伝達経路を形成する複数の歯車及び噛み合いクラッチ、及び前記入力軸と前記出力軸との間に設けられ、第１のトルク伝達経路から第２のトルク伝達経路に切り替える間に前記入力軸と前記出力軸との間に第３のトルク伝達経路を形成するトルク伝達手段を有する歯車式変速機と、
前記歯車式変速機を制御する制御手段と、
前記トルク伝達手段を動作させる油圧が所定の値よりも大きくなると信号が変化する油圧スイッチを有し、
前記制御手段は、前記油圧スイッチにより前記トルク伝達手段を駆動するための油圧が適正値よりも増加したと判定した場合に、エンジントルクを低下させ、前記第１のトルク伝達経路の噛み合いクラッチの解放を早める自動変速システム。
【請求項２】
請求項１に記載の自動変速システムであって、
前記制御装置は、エンジンのスロットルを閉じることによりエンジントルクを低下させる自動変速システム。
【請求項３】
請求項１に記載の自動変速システムであって、
前記制御装置は、エンジンの点火時期を制御することによりエンジントルクを低下させる自動変速システム。
【請求項４】
請求項１に記載の自動変速システムであって、
前記制御装置は、油圧指令発生から前記油圧スイッチの信号が変化するまでの時間を学習し、学習した時間に応じて次回の油圧指令値を変化させる自動変速システム。
【請求項５】
請求項１に記載の自動変速システムであって、
前記制御装置は、変速制御中とは異なる前記トルク伝達手段を用いない状態で前記油圧スイッチの信号が変化した場合に、前記油圧スイッチの回路が故障であると判定し、前記トルク伝達手段の制御を禁止する自動変速システム。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は歯車式変速機の機構を用いた自動変速機およびそれを用いた自動車に関する。
背景技術
歯車式変速機の機構を用いた自動変速機の従来の発明として、歯車式変速機の一番高速のギアを多板クラッチを用いて締結／解放を行い、変速時にはその多板クラッチを滑らせてエンジン回転数を制御し出力軸の回転数と同期させて変速を行うことによりスムーズな変速をするものがある。その技術は、例えば特開昭６１−４５１６３号公報に記載がある。
しかし多板クラッチのトルク容量が小さいと出力軸トルクの高い状態で変速をした場合、多板クラッチが発生できるトルクとの差がトルク変化として出力軸に伝わり乗員に違和感として感じられるという課題がある。
また、自動変速機を駆動するアクチュエータの駆動源が故障した場合、エンジントルクをうまく出力軸へ伝えないとエンジンがストールしたり、吹け上がったりして自動車は動かないという課題がある。
発明の開示
本発明は、出力軸トルクの高い状態で変速する場合でも出力軸トルクが滑らかに変化しスムーズな変速を行い、かつ、自動変速機を駆動するアクチュエータの駆動源が故障した場合でも自動車を走らせることのできる歯車式自動変速機およびそれを用いた自動車を提供する。
本発明は、入力軸と出力軸の間に複数の歯車列を有し、該複数の歯車列を選択的かつ自動的に切り替えることにより前記入力軸および前記出力軸の変速を実行する歯車式自動変速機であって、前記歯車列のうち―の歯車列から他の―の歯車列に切り換える際に、一時的に前記入力軸と前記出力軸の回転トルクを伝達するクラッチを有する歯車式自動変速機である。
発明を実施するための最良の形態
第１図は本発明の実施例を示すもので歯車式変速機をアクチュエータにより自動化した自動変速機の入力軸に５速のギヤを湿式多板クラッチを介して出力軸とつなげた機構をもつ自動変速機を搭載した自動車の動力伝達装置の全体構成図である。エンジン１にはエンジントルクを調整する電子制御スロットル１７、エンジン回転数を計測するエンジン回転数センサ４２が付いている。エンジントルクはフライホイール２、発進クラッチ３を介して歯車変速機の入力軸４に伝達され、歯車５、６、７、８、１０、１１、１２、１３のいずれかの歯車を介して出力軸９へ伝達され、最終的にタイヤに伝達され自動車を走行させる。エンジントルクを歯車変速機の入力軸４へ伝える発進クラッチ３はアクチュエータ３０で締結／開放を行いエンジントルクの伝達率を制御する。ギヤ位置は出力軸９に対し回転可能な歯車１０、１１、１２、１３のいずれかをかみ合い式クラッチ（例えばドッグクラッチ）のスリーブ１６をアクチュエータ３１、３２で動かし、クラッチハブ４４とギヤスプライン１４を締結させ行う。ドッグクラッチで締結する歯車は必ず１つでそれ以外の歯車は開放する。変速中及び５速走行時以外は湿式多板クラッチ３８は開放している。変速中は湿式多板クラッチ３８を締結または半クラッチ状態にし、伝達トルクを制御することにより変速中の脱力感や吹け上がりを防止する。この湿式多板クラッチを動かすのはアクチュエータ３９で、このアクチュエータ３９の油圧を制御する切換電磁弁４０、４１をコントロールユニット２１で制御する。これらアクチュエータ３０、３１、３２、３９を駆動するのは油圧である。油はタンク２９からポンプ２８によって圧力を上げ、電磁バルブ２２、２３、２４、２５、２６、２７を介しアクチュエータへ行く。アクチュエータ内の油圧力を下げる場合は電磁バルブ２２、２３、２４、２５、２６、２７でドレイン側につなぐことにより行える。この電磁バルブ２２、２３、２４、２５、２６、２７を制御するのはコントロールユニット２１でアクセルペダル位置を検出するアクセルペダルセンサ１８、シフトレバー位置を検出するインヒビタースイッチ１９、エンジン回転数センサ４２、出力軸の回転数を検出する出力軸回転数センサ２０等の自動車センサの信号が入力される。これら信号から運転状態を把握し、発進クラッチ状態、ギヤ位置を適切な状態にする。また、変速中はエンジンが吹き上がらないよう電子制御スロットル１７も制御する。以上の様な構成の変速機は特開昭６１−４５１６３に述べられている。しかし、この発明では出力軸トルクが高い状態で変速をした場合、多板クラッチのトルク容量が小さいと多板クラッチが発生できるトルクと出力軸トルクとの差がトルク変化として出力軸に伝わり乗員に違和感として感じられるという課題がある。そこで本発明では多板クラッチのトルク容量を変速機の最大出力軸トルク以上とすることでの変速の間で出力軸トルクに段差が無いように多板クラッチのトルクを発生させるようにしたものである。
第２図にシフトアップの際のタイムチャートを示す。実線が多板クラッチのトルク容量が変速機の最大出力軸トルク以上の場合、破線が多板クラッチのトルク容量が変速機の最大出力軸トルクより小さい場合である。スロットル開度は一定でエンジン回転数及び車速が上がっていき、変速条件を満たすと時間Ａで目標ギア位置が変わり、変速を開始する。変速はまず低速側のドッグクラッチを解放する。この時、多板クラッチへの押付け荷重を上昇させる。この押付け荷重は変速前の出力トルクから変速後の出力トルクが滑らかになるように制御する。時間Ｂでエンジン回転数が同期すると高速側のドッグクラッチを締結し、多板クラッチは解放する。これで変速が終わる。しかし、多板クラッチのトルク容量が変速機の最大出力軸トルクより小さい場合は伝達トルクに限界があるので低速側のドッグクラッチを解放すると時間Ａ〜Ｃの間は出力軸トルクが急激に落ち込んでしまう。このため車速の上昇も鈍り、脱力感となり乗員に違和感を与える。また、エンジン回転数の同期が遅れ、変速時間が時間Ｃまで伸びてしまう。そこで本発明では多板クラッチのトルク容量を変速機の最大出力軸トルク以上とすることでの変速の間で出力軸トルクに段差が無いように多板クラッチのトルクを発生させるようにしたものである。変速機に搭載する多板クラッチの実際のクラッチ容量の設定値をＴ、変速機の最大出力軸トルクをＴｔｈとするとＴ／Ｔｔｈは通常１．１〜１．８になるように設計する。多板クラッチのトルク容量は式（１）から求められる。
Ｔ＝ｎ・μ・ｒｍ・Ｐ      ‥‥‥‥（１）
Ｔ：トルク容量
ｎ：摩擦面の数
μ：摩擦係数
ｒｍ：平均有効半径
Ｐ：押付け荷重
式中、摩擦係数μは摩擦板の材質、油の種類、面圧、仕様温度などにより変化するが、普通は０．１〜０．２の値をとる。（１）式からわかるようにトルク容量を大きくするには摩擦面の数ｎが平均有効半径ｒｍすなわちクラッチ板の面積を増やすか大きくすればよい。
また、変速機の最大出力軸トルクは式（２）から求められる。
Ｔｔｈ＝Ｔｅｍａｘ・ｒｇｐ１      ‥‥‥‥（２）
Ｔｔｈ：最大出力軸トルク
Ｔｅｍａｘ：最大エンジントルク
ｒｇｐ１：最大減速比
最大減速比とは変速機の入力軸と出力軸の歯車の比が最大となる値のことで通常３．５〜４．２の値をとる。第１図で説明すると１速ドリブンギヤ１０の歯数／１速ドライブギヤ５の歯数で計算できる。例えば、１速：３．５４５、２速：２．１１１、３速：１．４４８、４速：１．０８８、５速：０．８２５である。
第３図に他の実施例を示す。歯車式変速機をアクチュエータにより自動化した自動変速機の入力軸に３速のギヤを湿式多板クラッチを介して出力軸とつなげた機構をもつ自動変速機を搭載した自動車の動力伝達装置の全体構成図である。基本構造は第１図と同じだが入力軸４に中間のギヤ比の歯車（ここでは３速ギヤ）６を湿式多板クラッチ３８を介しつなげた機構を持つ。変速中及び３速走行時以外は湿式多板クラッチ３８は開放している。変速中は湿式多板クラッチ３８を締結または半クラッチ状態にし、伝達トルクを制御することにより変速中の脱力感や吹け上がりを防止する。この湿式多板クラッチを動かすのはアクチュエータ３９で、このアクチュエータ３９の油圧を制御する切換電磁弁４０、４１をコントロールユニット２１で制御する。このような動力伝達装置において、ポンプ２８が故障し油圧が上がらなくなった場合、アクチュエータが動かず、自動車は走行不能になってしまう。そこでポンプ２８が故障し、油圧が低い場合は発進クラッチ３が締結状態、ギヤ位置が中立、湿式多板クラッチ３８は半クラッチ状態になるようなメカ機構３３、３４、３５、４３を設ける。ここでは戻しバネのメカ機構を用いているが、油圧のバランス力を用いた機構等でも良い。また、アクチュエータの駆動源を電気にしてモータでスリーブ１６を動かしても良い。こうすることによりポンプが故障してもエンジン１はストールしたり、吹け上がらずに自動車は走行できる。減速比が１速：３．５４５、２速：２．１１１、３速：１．４４８、４速：１．０８８、５速：０．８２５だった場合に減速比が１より小さいギヤである５速に多板クラッチを付けた機構にすると、故障時は５速の付いた多板クラッチを半クラッチ状態にして発振しなければならない。下り坂や平地での緩やかな発振ならば対応できるが、上り坂や急発進をしようとするとエンジン１はストールしてしまう。よって、多板クラッチを減速比１以上の変速段に設けたほうがよい。
また、このような油圧系の異常が生じた場合でも、前記湿式多板クラッチ３８のフェールセーフ機構によりリンプホーム機能（自立走行）が可能となる。しかし、前記湿式多板クラッチ３８の締結力が一定であり、エンジントルクに応じて変化させることができない。よって、このような状態で運転者がアクセル操作を行うと、前記湿式多板クラッチ３８に過大な負荷が加わり摩耗する可能性がある。そこで、前記コントロールユニット２１において、このような油圧系の異常を認識し、その際にはアクセル操作の踏込み量が所定値以下では前記電子制御スロットル１７の開度を運転者のアクセル操作に対応させ、アクセル操作の踏込み量が所定値より大きい場合では前記電子制御スロットル１７の開度を運転者のアクセル操作によらず、所定のスロットルバルブ開度に固定する必要がある。この所定のスロットルバルブ開度は、具体的にはエンジン回転数がアイドル回転数よりも高くなるような開度であり、この開度になるよう前記コントロールユニット２１で制御する。さらに、前記湿式多板クラッチ３８が半クラッチ状態となる締結力は、前記電子制御スロットル１７の前記所定開度で生じるエンジントルクによって、発進可能な駆動トルクが得られる所定の締結力に設定する。同様のフェールセーフ機能として、前記湿式多板クラッチ３８を直結させ、前記発進クラッチ３を上述の所定の締結力となるよう半クラッチ状態に設定してもよい。
また同様のフェールセーフ機能の一実施例として、油圧系は正常であるが電子制御スロットルの電気的な異常（短絡、断線）が生じた場合に、例えば２つのばねを用いるなどのフェールセーフ機構により、所定のスロットルバルブ開度に設定することができる。このときの開度は上述のようなエンジン回転数がアイドル回転数よりも高く、かつ車両の発進が可能な開度となるよう前記２つのばねを設定する。また、発進クラッチ３が湿式多板クラッチ３８の油圧をエンジン回転数がアイドル回転数より高くかつ発進可能となるよう制御する。
このように、クラッチや電子制御スロットルのフェールセーフ機構により、油圧系や電気系の異常時においても、車両の発進を含めたリンプホーム機能が実現する。
第４図に本発明の一実施例を示す。第４図は第３図と同様に歯車式変速機をアクチュエータにより自動化した自動変速システムの入力軸４に３速のギア比を湿式多板クラッチ３８を介して出力軸９とつなげた機構をもつ自動変速機を搭載した自動車の動力伝達装置の全体構成図である。基本構成は第３図と同様であり、この図では３速以外のドライブギア、ドリブンギア、これらのギアに関連するかみ合い式クラッチ、およびこれに作用する電磁切換弁は省略してある。また、自車両の前方を走行する車両との距離を計測する車間距離検出手段５０１を備えており（例えばミリ波レーダや車載カメラ）、この手段で検出した信号を用いて、コントローラで前方車両との車間距離を計測し、この距離が一定となるよう自車両を制御する構成である。なお、前記車間距離を計算するプログラムは前記車間距離検出手段５０１に内蔵され、前記車間距離検出手段５０１の内部で車間距離の値を算出する構成としてもよい。
上記のようなシステムにおいて車間距離制御を実行する過程において、例えば車間距離を１〜２ｍといったごくわずかな距離だけ前進が必要とする場合、つまり緩発進を必要とする場合がある。しかし、前記発進クラッチはトルク容量が大きいために、制御する分解能が大きく制御性能が悪いために、エンジントルクの微妙なトルク伝達が困難である。このような課題に対して、第４図に示す一実施例では、制御性能の悪い前記発進クラッチ３を直結にする。そして、前記湿式多板クラッチ３８を半クラッチ状態にして滑らせることで、発進時に必要な駆動軸トルクを発生させる。前記湿式多板クラッチ３８は、前記発進クラッチ３と比較すると、トルク容量が小さくて制御性能がよい。また、クラッチの締結力とクラッチを伝達するトルクとが、かなり線形な関係になるので、微妙な伝達トルクの制御が可能である。
このような構成および制御手法により、例えば短距離の車間距離制御における発進時において、高精度なトルク制御が可能となり、心地よい運転性が実現する。
第５図に第４図に示した一実施例の効果を示す。一点鎖線は前記発進クラッチ３の制御による発進−停止特性を、一点鎖線は前記湿式多板クラッチ３８の制御による発進−停止を表している。双方ともに、車間距離制御により短距離だけ前進した地点で車両を停止させることを目的とする。まず、時刻ｔ０において停止状態から車両が発進する。ここで、前記発進クラッチ３による制御では、緩発進をさせたいが前記発進クラッチ３の制御性能が悪く、過大なトルクが伝達されて大きな加速度が生じる。その結果、目標停止距離で停止するためには過大な減速度が必要となり、第５図に示すように短時間に大きな加速度変化が発生し、運転者へ違和感を与える。
これに対して、前記湿式多板クラッチ３８による制御では、発進加速時のスムーズな加速感と減速時の緩やかな減速感が得られ、運転者が心地よく運転することができる。
上記述べた構成は、リンプホーム機能の前進走行が可能であるが、後進が不可能である。そこで、運転者のレバー操作により、リンプホーム時の前後進が共に可能なシステムの構成を以下に述べる。
第６図に本発明の他の実施例を示す。これは第１図および第３図に示した自動変速システムの出力軸９（図示していない）に取り付けられたかみ合い式クラッチおよび、これらのクラッチを動作させる電磁バルブの油圧回路を示している。
出力軸９に取り付けれれたかみ合い式クラッチ７０１はギア比が１−２速のギアに作用し、かみ合い式クラッチ７０２は後進（バック）ギアに作用するクラッチである。前記かみ合い式クラッチ７０１、７０２はアクチュエータ７０３、７０４に油圧が加わることよって動作し、油圧が生じていない場合には戻しばね７０５、７０６、７０７、７０８の作用により、前記かみ合い式クラッチ７０１、７０２は中立状態となる。また、アクチュエータ７０３、７０４に双方向から油圧が印加した場合も、同様に前記かみ合い式クラッチ７０１、７０２は中立状態となる。ここで、前記湿式多板クラッチ３８が５速のギアに取り付けられた場合は、３−４速ギアに作用するかみ合い式クラッチが、前記湿式多板クラッチ３８が３速のギアに取り付けられた場合は、４−５速ギアに作用するかみ合い式クラッチおよび電磁バルブが備えられるが、ここでは省略してある。電磁バルブ７０９、７１０、７１１は一実施例としてＯＮ−ＯＦＦ弁であり、前記コントロールユニット２１から発生した信号により油圧を出力する。
ここで、前記かみ合い式クラッチおよび前記湿式多板クラッチ３８に作用する電磁バルブが故障し動作不可能となった場合、油圧が作用しないために何れのギアも接続することができない。そこで、これらの電磁バルブの故障を判定し、その際にフェールセーフ用の油圧により所定のギアを接続する。
まず、電磁バルブの故障はフェールセーフバルブ７１２により判定する。一実施例として、フェールセーフバルブ７１２は戻しばね７１３およびスプール弁７１４で構成されており、例えば、前進用電磁弁の何れかの油圧が発生している場合は、前記スプール弁７１４が動作してフェールセーフ油圧は発生しない。ここで、前記スプール弁７１４が動作するか否かは、油圧通路の形状や戻しばねのばね定数などから設計されるものである。また、各電磁バルブから前記フェールセーフバルブ７１２までの油圧通路には、チェック弁７１５、７１６、７１７が備えられており、油圧が逆流しないように施されている。前記フェールセーフバルブ７１２から出力されるフェールセーフ油圧の通路は、前記１速ギアに作用させる電磁バルブ７０９から出力される油圧通路と連結しており、フェールセーフ油圧が発生すると前記かみ合い式クラッチ７０１が動作して１速ギアが接続される。ここで、前記フェールセーフ時においてその他のギアを接続したい場合には、前記フェールセーフバルブ７１２から出力される油圧の通路は、前記接続すべくギアに作用する電磁バルブから出力される油圧通路と連結させる必要がある。
上記フェールセーフ油圧は前記ポンプ２８の吐出圧をベース油圧として、運転席に設置された前後進切換のためのレンジセレクトレバー（図示していない）と連動して動作するマニュアルバルブ７１８によって発生する。Ｎレンジ選択時は前記マニュアルバルブ７１８によってベース油圧が遮断されており、フェールセーフ油圧は発生しない。Ｄレンジ選択時は前記マニュアルバルブ７１８によって、ベース油圧が前記フェールセーフバルブへと出力される。また、Ｒレンジ選択時は前記マニュアルバルブ７１８によって、ベース油圧が直接、かみ合い式クラッチ７０２のアクチュエータ７０４へ出力される。    このような油圧回路を構成することで電磁バルブが故障した場合においても、リンプホーム機能が実現し、かつ運転者の操作により前後進が可能となる。
第７図を用いて、本実施形態による自動車の制御装置を用いる自動車の詳細な全体構成の一例について説明する。なお、第７図に示す例においては、動力発生装置として、エンジンを用いており、動力伝達装置として、歯車変速機を用いている。コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）４０５は電子制御スロットル１０３を制御する電子制御スロットルコントロールユニット（ＥＴＣ／Ｕ）４０１と、エンジン１０１を制御するエンジンコントロールユニット（ＥＮＧＣ／Ｕ）４０２と、変速機を制御する変速機コントロールユニット（ＡＴＣ／Ｕ）４０３とを備えている。エンジン１０１はエンジントルクを調整する電子制御スロットル１０３と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ１０２とを備えている。エンジン１０１は、エンジンコントロールユニット（ＥＮＧＣ／Ｕ）４０２によって制御される。電子制御スロットル１０３は、電子制御スロットルコントロールユニット（ＥＴＣ／Ｕ）４０１によって制御される。歯車式変速機はフライホイール２０１と、発進クラッチ２０２と、発進クラッチアクチュエータ２０３と、ワイヤ２０４と、入力軸２０５と、出力軸３０１と、歯車２０６、２０７、２０８、２０９、２１０、２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２３０、２３１と、１−２速用ドッグクラッチ２２０Ａと、３−４速用ドッグクラッチ２２０Ｃと、６−Ｒ速用ドッグクラッチ２２０Ｅとシフトアクチュエータ２２１と、セレクトアクチュエータ２２２と、シフトフォーク２２３、２２４、２３２と変速クラッチ２２５と変速クラッチアクチュエータ２２６と、出力軸回転数センサ３００から構成されている。ここで１−２速用ドッグクラッチ２２０Ａはクラッチハブ２１６Ａと、スリーブ２１７Ａと、シンクロナイザリング２１８Ａ、２１８Ｂとギヤスプライン２１９Ａ、２１９Ｂとから構成されている。また、３−４速用ドッグクラッチ２２０Ｃはクラッチハブ２１６Ｃと、スリーブ２１７Ｃと、シンクロナイザリング２１８Ｃ、２１８Ｄと、ギヤスプライン２１９Ｃ、２１９Ｄとから構成されている。図示していないが６−Ｒ速用ドッグクラッチ２２０Ｅも同様の構成である。歯車式変速機を構成するアクチュエータ２０３、２２１、２２２、２２６は油圧またはモータにより、変速機コントロールユニット（ＡＴＣ／Ｕ）４０３によって制御される。エンジン１０１から出力するエンジントルクはフライホイール２０１及び発進クラッチ２０２を介して歯車変速機の入力軸２０５に伝達され、歯車２０６、２０７、２０８、２０９、２１０、２１１、２１２、２１３、２１４、２１５のいずれかを介して出力軸３０１へ伝達され、歯車最終的にタイヤに伝達され自動車を走行させる。エンジントルクを歯車変速機の入力軸２０５へ伝える発進クラッチ２０２は、発進クラッチ用２０３によって締結／解放され、エンジントルクの伝達率を制御する。５速を除く、１速から６速までの走行は、入力軸２０５に対して回転可能な歯車２１０、２１２または出力軸３０１に対し回転可能な歯車２０７、２０９のいずれかを噛合い式クラッチ（例えば、ドッグクラッチ）２２０Ａ、２２０Ｃのスリーブ２１７Ａ、２１７Ｃをシフトフォーク２２３、２２４によって動かしクラッチハブ２１６Ａ、２１６Ｃとギヤスプライン２１９Ａ、２１９Ｂ、２１９Ｃ、２１９Ｄのいずれかを締結させ決定する。シフトフォーク２２３、２２４はシフトアクチュエータ２２１と、セレクトアクチュエータ２２２によって駆動される。この時クラッチハブ２１６Ａ、２１６Ａとギヤスプライン２１９Ａ、２１９Ｂ、２１９Ｃ、２１９Ｄとの同期を取るために、シンクロナイザリング２１８Ａ、２１８Ｂ、２１８Ｃ、２１８Ｄが設けられている。１速のとき、入力軸２０５の駆動軸トルクは、歯車２０６−歯車２０７−クラッチハブ２１６Ａ−を介して、出力軸３０１に伝達される。歯車２０７とクラッチハブ２１６Ａとは、スリーブ２１７Ａによって連結される。２速のとき、入力軸２０５の駆動トルクは、歯車２０８−歯車２０９−クラッチハブ２１６Ａ−を介して、出力軸３０１に伝達される。歯車２０９とクラッチハブ２１６Ａとは、スリーブ２１７Ａによって連結される。３速のとき、入力軸２０５の駆動トルクは、クラッチハブ２１６Ｃ−歯車２１０−歯車２１１を介して、出力軸３０１に伝達される。歯車２１０とクラッチハブ２１６Ｃとは、スリーブ２１７Ｃによって連結される。４速のとき、入力軸２０５の駆動トルクは、クラッチハブ２１６Ｃ−歯車２１２−歯車２１３を介して、出力軸３０１に伝達される。歯車２１２とクラッチハブ２１６Ｃとは、スリーブ２１７Ｃによって連結される。このようにドッグクラッチ２２０Ａ、２２０Ｃは、５速を除く１速から６速までの各ギヤに設けられている。走行中はドッグクラッチ２２０Ａ、２２０Ｃで締結する歯車は必ず１つでそれ以外の歯車は解放する。また、５速にする場合は、入力軸２０５と歯車２１４とを変速クラッチ２２５で締結し実現する。変速クラッチ２２５は変速クラッチアクチュエータ２２６によって駆動される。また、変速中は変速クラッチ２２５を制御し、伝達トルクを制御することにより変速中の脱力感や吹けあがりを防止する。こららのギヤ比は例えば、１速：３．５４５、２速：２．５５６、３速：２．１１１、４速：１．４４８、５速：１．０８８、６速：０．８２５である。ＡＴＣ／Ｕ４０３には、アクセル踏込み量を検出するアクセルペダルセンサ４０６と、シフトレバー位置を検出するインヒビタースイッチ４０７と、出力軸の回転数を検出する出力軸回転数センサ３００と、自動変速モードと手動変速モードを切り換えるモードスイッチ４０８と、手動変速モードの時に変速段を１つ上げるプラススイッチ４０９と、手動変速モードの時に変速段を１つ下げるマイナススイッチ４１０等の自動車センサ信号が入力される。また、ＡＴＣ／Ｕ４０３は、ＥＮＧＣ／Ｕ４０２とＥＴＣ／Ｕ４０１にＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信線４０４を介し接続されている。ＡＴＣ／Ｕ４０３は、取り込まれた各信号から運転状態を把握し、発進クラッチ状態、ギヤ位置を適切な状態に制御する。一定速段での走行や変速中は発進クラッチ２０２は締結制御を行う。また、ＡＴＣ／Ｕ４０３は、自動変速モード時の変速中はエンジン１０１が吹き上がらないように、ＥＴＣ／Ｕ４０１を介して電子制御スロットル１０３を制御する。また、ＡＴＣ／Ｕ４０３は変速直前の伝達トルクから変速直後の伝達トルクへ滑らかに変化さ��るように、電子制御スロットル１０３と変速クラッチ２２５を制御する。更に、点火時期の補正値をＡＴＣ／Ｕ４０３からＥＮＧＣ／Ｕ４０２に送り、点火時期を制御する。一定速段での走行や変速中は発進クラッチは締結している。このように変速段を多段化することによりエンジンの燃焼効率が良い運転領域で走行することができ、燃費が向上する。また、高速走行する場合は６速のギヤ２３０、２３１を使うので、５速ギヤ２１４、２１５を最高速段にする場合に比べ変速クラッチ２２５を使う頻度が下がり、変速クラッチの経年変化がおこりにくくなり、耐久性が向上する。また、変速クラッチ２２５を駆動する油圧も少なくてすむので、油圧を作るエネルギーも少なくなり、燃費が向上する。また、５速ギヤ比と６速ギヤ比を同じにすると変速クラッチ２２５を締結し５速ギヤで走行することをしなくて良いので同様に燃費が向上する。よって、５速ギヤ比と６速ギヤ比を同じにしてもよい。
第８図にシフトアップの際のタイムチャートを示す。スロットル開度は最初高開度でその後低開度で一定とする。出力軸トルクもスロットル開度に応じて変化する。車速が上がっていき、変速条件を満たすと時間Ａで目標ギヤ位置が変わり、変速を開始する。変速はまず低速側のドッグクラッチを解放する。この時多板クラッチの押付け荷重を上昇させる。この押付け荷重は変速前の出力トルクから変速後の出力トルクが滑らかになるように制御する。時間Ｂでエンジン回転数が同期すると高速側のドッグクラッチを解放し、多板クラッチは解放する。これで変速が終わる。シフトアップの場合、このように最大出力軸トルクよりも低い出力軸トルクが出ている時にシフトアップが開始することが多い。よって必ずしも最大出力軸トルクを出せる多板クラッチを設けなくても良く、変速開始前の出力軸トルクを出せる多板クラッチを設けてもよい。変速開始前とは現在締結しているドッグクラッチに解放指令が出てドッグクラッチが締結状態から解放状態に向かう前である。また変速中の落ち込みを変速終了後の出力軸トルクまで許容するならば変速終了後の出力軸トルクを出せる多板クラッチを設けてもよい。変速終了後とは現在解放しているドッグクラッチに締結指令が出て完全にドッグクラッチが締結した時である。最大出力軸トルクよりも低いトルク容量の多板クラッチを設けた場合、ミッション本体が小型で軽量になるため、燃費が向上する。また、油圧に対するトルク特性がなだらかになるため制御がし易くなり、変速中の変速ショックがより抑制される。
本発明で説明した歯車式変速機の入力軸と出力軸の間にトルク伝達手段を有し、少なくとも一つの変速段の前記トルク伝達手段を多板クラッチとし、その他の変速段の前記トルク伝達手段をかみ合い式クラッチとし、一方の変速段から他方の変速段へ変速する際に前記多板クラッチを制御する自動変速システムでは、前記多板クラッチを駆動するアクチュエータの動作がばらつき、変速機が故障するといった問題が生じる場合がある。例えば、第１図に記載されたシステムの１−２変速中の変速制御において、ドッグクラッチが１速に締結されている状態で５速の多板クラッチを制御した場合に、多板クラッチを駆動するための油圧がばらつき、クラッチトルクが所定の値よりも増加した場合には、１速と５速が同時に締結した状態となり、変速機が故障してしまう場合がある。この課題を解決するため、歯車式変速機の入力軸と出力軸の間にトルク伝達手段を有し、少なくとも一つの変速段の前記トルク伝達手段を多板クラッチとし、その他の変速段の前記トルク伝達手段をかみ合い式クラッチとし、一方の変速段から他方の変速段へ変速する際に前記多板クラッチを制御する自動変速システムにおいて、前記多板クラッチの状態を検出する装置を備える。    以下、本発明の実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。第９図は、第１図の多板クラッチの状態を検出する装置として、油圧スイッチを設けた油圧アクチュエータの簡単な構成図である。第９図において、１００１は油圧シリンダ、１００２はピストンである。１００３の点線部分は油圧スイッチであり、１００４は多板クラッチである。また、１００５は油圧シリンダ内▲１▼における油圧の状態を示したグラフであり、１００６はコントロールユニットに入力する信号▲２▼のグラフである。まず、油圧シリンダ内に油が充満し、油圧シリンダ内の油圧が上昇すると、その圧力によってピストン１００２が図の矢印方向に移動する。このピストン１００２の動作に従い、多板クラッチ１００４が押し付けられていくことになるが、この多板クラッチの状態を検出するため、油圧シリンダ内に油圧スイッチ３を配置する。この油圧スイッチ１００３は、通常はオン状態となっており、油圧シリンダ内の油圧が所定の値よりも大きくなると、オフ状態となる。このような構成とすることで、１００５に示すように多板クラッチの油圧が所定の値を超えるまでは、コントロールユニット入力信号１００６はＬｏｗとなり、多板クラッチの油圧が所定値を超えると信号１００６はＨｉｇｈとなる。この油圧スイッチを用いることで多板クラッチの状態（押付け力、滑り状態）の検出が可能となる。
第１０図は、第９図記載の油圧スイッチを用いた場合の、アップシフト時の変速制御方法のタイムチャートである。
（１）はスロットル開度、（２）はエンジン回転数、（３）は車速、（４）は現在ギヤ位置、（５）は目標ギヤ位置であり、（６）は低速側ドッグクラッチ伝達トルク、（７）は高速側ドッグクラッチ伝達トルクである。また、（８）は多板クラッチ油圧指令、（９）は多板クラッチ実油圧、（１０）は多板クラッチ伝達トルクである。
第１０図の実線は、第１図記載の自動変速システムにおけるアップシフト時の理想的な変速制御方法を示している。スロットル開度は一定でエンジン回転数及び車速が上がっていき、ドライバ意図あるいはコントロールユニットに記憶された変速条件を満たすと時間Ａで目標ギア位置が変わり、変速を開始する。変速はまず、低速側のドッグクラッチを解放する。この時、多板クラッチへの押付け荷重を上昇させる。この押付け荷重は変速前の出力トルクから変速後の出力トルクが滑らかになるように制御する必要がある。この押付け荷重は多板クラッチを駆動する油圧アクチュエータの油圧により決まる。実際には、油圧系に油を充満させ、油圧の応答性、安定性を高める必要があるので、油圧指令値は（８）に示すように変速制御の初期段階で充満制御を行っている。しかし、油圧系の応答は一定ではなく、油の状態、油圧系における油の残存量、アクチュエータの性能などにより、立上り時間、指令値との偏差などが大きくばらつくことがある。従って、（９）の点線で示すように理想的な油圧応答（（９）の実線部）よりも立上り時間が速く、高い油圧がかかった場合には、多板クラッチの伝達トルクが（１０）の点線で示すように、理想的なトルク（（１０）の実線部）よりも大きくなり、多板クラッチを用いている変速段のギヤから必要以上にトルクが伝達され、低速側ギヤと上記多板クラッチを用いているギヤが同時に締結し、かつ双方のギヤから伝達されるトルク量が正確に制御されず変速機が破損してしまう場合がある。上記問題を解決するためには、多板クラッチを駆動するための油圧が、適正値よりも増加した場合に、エンジントルクを低下させ、低速側ドッグクラッチの解放を早める必要がある。例えば、多板クラッチの実油圧が第１０図の矢印▲１▼で示す値に到達した場合、油圧スイッチからコントローラへ入力される信号がＨｉｇｈとなる。次に、油圧スイッチの信号に応じて、（１）の点線部分で示すようにスロットルを一旦閉じ、エンジントルクを低下させる。このように、スロットルによりエンジントルクを低下させれば、（６）の点線で示すように低速側ドッグクラッチの伝達トルクの低下が早まり、この伝達トルクの低下に応じて低速側ドッグクラッチが解放され、変速機の破損を防止できる。また、エンジントルクを低下させることで、低速側ギヤと、多板クラッチを用いている変速段のギヤから伝達されるトルクが少なくなるので、変速機への負担も軽減される。また、エンジントルクを低下させる方法には、点火時期を制御する方法を用いてもよい。
また、上記油圧スイッチの信号が発生するまでの時間を学習し、次回からの変速制御において、油圧制御に反映させてもよい。第１１図には理想実油圧、油圧指令値、実油圧が示されており、実油圧には実油圧１〜４で示されるように、油の状態、油圧系における油のたまり状態、油圧系の経時変化などによるばらつきがある。例えば、時間Ｔ０で発生した油圧指令値に対して、理想実油圧が発生したとすると、油圧スイッチの信号がＬｏｗからＨｉｇｈに変化する時間はＴｉとなる。ここで、実油圧１で示すように実際の油圧がばらついたとすると、油圧スイッチの信号がＬｏｗからＨｉｇｈに変化する時間はＴ１となる。このＴｉ−Ｔ１を、油圧のばらつきに相当するパラメータとして学習し、次回の変速制御に反映させる。実油圧１の場合は油圧が早く立上ってしまい、指令値よりも大きな油圧が発生していると考えられるので、次回からの変速制御ではＴｉ−Ｔ１の値に基づいて、油圧指令値を学習前の変速時の値よりも小さくする必要がある。同様に実油圧２の場合は、油圧の立上りが遅く、指令値よりも小さな油圧が発生していると考えられるので、次回からの変速制御ではＴｉ−Ｔ２の値に基づいて、油圧指令値を学習前の変速時の値よりも大きくする必要がある。また、実油圧３に示すように油圧指令値に追従してはいるが、立上り時間が早すぎる場合も考えられる。このような場合にも、次回からの変速制御において時間Ｔｉ−Ｔ３の値に基づき、油圧の立上り時間を遅くする。同様に、実油圧４の場合には立上り時間が遅すぎるので、Ｔｉ−Ｔ４の値を学習し、次回からの変速制御で立上り時間を早くすればよい。このような学習制御を行うことで、多板クラッチを駆動するアクチュエータの油圧をより正確に制御することができ、変速機の破損を未然に防ぐことができる。
つぎに、第１２図、第１３図を用いて、この油圧スイッチ（第９図記載）の故障診断方法について述べる。
第１２図に示すように、油圧スイッチ１００３の回路の一部（×印１００７および１００８）が断線した場合、コントロールユニットへは常にＨｉｇｈの信号が入力され、油圧スイッチが作動したかどうかの判定が不可能になるので、多板クラッチの制御を禁止し、変速機の破損を防止する必要があるため、第１３図に示すような油圧スイッチの故障診断を行う。
第１３図は油圧スイッチの故障診断方法を示すフローチャートである。まず、処理１４０１において油圧スイッチからコントロールユニットへ入力する信号がＬｏｗであるかを判定する。処理１４０１において、信号がＬｏｗであると判定された場合には処理１４０２へ進み、油圧スイッチは故障していないと判断し、フローチャートのスタート部に戻る。また、処理１４０１において信号がＬｏｗでないと判定された場合には、処理１４０３へ進む。つぎに、処理１４０３において変速制御実行中かどうかを判断し、変速制御実行中であると判断された場合には、通常の油圧スイッチによる変速制御を継続して行う。また、処理１４０３において、変速制御が実行中でないと判断された場合には処理１４０４に進む。ここで、変速制御実行中でないにもかかわらず、信号がＬｏｗでない場合には、油圧スイッチ回路が断線しているおそれがあるので、処理１４０４で油圧スイッチが故障していると判定し、処理１４０５へ進む。油圧スイッチが故障している場合、変速中に多板クラッチの制御を行うと、変速機を破損するおそれがあるので、処理１４０５で変速中の多板クラッチ制御を禁止し、故障判断を終了する。
第１４図は、第９図記載の油圧スイッチを用いた場合の、ダウンシフト時の変速制御方法のタイムチャートである。
第１０図と同様、（１）はスロットル開度、（２）はエンジン回転数、（３）は車速、（４）は現在ギヤ位置、（５）は目標ギヤ位置であり、（６）は低速側ドッグクラッチ伝達トルク、（７）は高速側ドッグクラッチ伝達トルクである。また、（８）は多板クラッチ油圧指令、（９）は多板クラッチ実油圧、（１０）は多板クラッチ伝達トルクである。
第１４図の実線は、第１図記載の自動変速システムにおけるダウンシフト時の理想的な変速制御方法を示している。ドライバ意図あるいはコントロールユニットに記憶された変速条件を満たすと時間Ａで目標ギア位置が変わり、変速を開始する。変速はまず、高速側のドッグクラッチを解放し、多板クラッチへの押付け荷重を上昇させる。一般にダウンシフト時にはドッグクラッチを低速側へスムースに締結させる必要があるため、スロットルを開き、エンジン回転数を上昇させる必要がある。また、多板クラッチをハイギア（変速比の小さな歯車）に配している場合には、変速中の多板クラッチ制御によりエンジン回転数が低下するため、さらにスロットルを開く必要がある。アップシフト時と同様、変速中の多板クラッチ制御においては、油圧系に油を充満させ、油圧の応答性、安定性を高める必要があるので、油圧指令値は（８）に示すように変速制御の初期段階で充満制御を行っている。
しかし、油圧系の応答は一定ではなく、油の状態、油圧系における油の残存量、アクチュエータの性能などにより、立上り時間、指令値との偏差などが大きくばらつくことがある。従って、（９）の点線で示すように理想的な油圧応答（（９）の実線部）よりも立上り時間が速く、高い油圧がかかった場合には、多板クラッチの伝達トルクが（１０）の点線で示すように、理想的なトルク（（１０）の実線部）よりも大きくなり、多板クラッチを用いている変速段のギヤから必要以上にトルクが伝達され、高速側ギヤと上記多板クラッチを用いているギヤが同時に締結し、かつ双方のギヤから伝達されるトルク量が正確に制御されず変速機が破損してしまう場合がある。上記問題を解決するためには、多板クラッチを駆動するための油圧が、適正値よりも増加した場合に、エンジントルクを低下させ、高速側ドッグクラッチの解放を早める必要がある。例えば、多板クラッチの実油圧が第１４図の矢印▲１▼で示す値に到達した場合に、油圧スイッチにより信号を発生させる。次に、油圧スイッチの信号に応じて、（１）の点線部分で示すようにスロットルを一旦閉じ、エンジントルクを低下させる。このように、スロットルによりエンジントルクを低下させれば、（６）の点線で示すように高速側ドッグクラッチの伝達トルクの低下が早まり、この伝達トルクの低下に応じて高速側ドッグクラッチが解放され、変速機の破損を防止できる。また、エンジントルクを低下させることで、高速側ギヤと、多板クラッチを用いている変速段のギヤから伝達されるトルクが少なくなるので、変速機への負担も軽減される。また、スロットルを一旦閉じると、エンジン回転数が一旦低下し、再び上昇するまでのタイムラグが生じるため変速時間が間延びしてしまう。このような場合には、エンジン回転数の上昇を速やかに行うため第１４図の実線部で示すスロットル開度よりも、さらにスロットルを開く必要がある。
産業上の利用可能性
本発明によれば、出力軸トルクの高い状態で変速した場合でもスムーズな変速を行い、乗員に不快感を与えない快適な走行を実現することが可能である。また、自動変速機を駆動するアクチュエータの駆動源が故障した場合でも自動車の走行を可能とする。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の一実施形態をなす自動車の動力伝達装置の全体構成図を示す。
第２図は、第１図のシフトアップの際のタイムチャートを示す。
第３図は、本発明の他の一実施形態をなす自動車の動力伝達装置の全体構成図を示す。
第４図は、本発明の他の一実施形態をなす自動車の動力伝達装置の全体構成図を示す。
第５図は、第４図の効果を示す。
第６図は、本発明の他の一実施形態をなす自動車の動力伝達装置の全体構成図を示す。
第７図は、本発明の他の一実施形態をなす自動車の動力伝達装置の全体構成図を示す。
第８図は、本発明の一実施形態をなす自動車の動力伝達装置の特性の時間的推移を示す。
第９図は、本発明の一実施形態をなす自動車の動力伝達装置の油圧部を示す。
第１０図は、本発明の一実施形態をなす自動車の動力伝達装置の特性の時間的推移を示す。
第１１図は、本発明の一実施形態をなす自動車の動力伝達装置の油圧の時間的推移を示す。
第１２図は、本発明の一実施形態をなす自動車の動力伝達装置の油圧部を示す。
第１３図は、本発明の一実施形態をなす自動車の動力伝達装置のフローチャートを示す。
第１４図は、本発明の一実施形態をなす自動車の動力伝達装置の時間的特性推移を示す。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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