JP2010261571A - ロックアップクラッチの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロックアップクラッチのスリップ制御をより簡易に行うことのできるロックアップクラッチの制御装置を提供する。
【解決手段】電子制御ユニット８は、エンジントルクとトルクコンバーター３の伝達トルク容量との差の項、目標エンジン回転速度から演算されるイナーシャトルクの項、及び目標エンジン回転速度と実エンジン回転速度との偏差に基づくフィードバック項からなる算出式を用いてロックアップクラッチ２の目標トルクを算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、必要なスリップ状態が得られるようにロックアップクラッチの伝達トルクを目標トルクに制御するロックアップクラッチの制御装置に関する。

車両の自動変速機の多くには、トルクコンバーター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、エンジンと駆動系とを直結するロックアップクラッチが設けられている。ただし、低車速時にロックアップを行うと、エンジンのトルク変動が駆動輪に直接伝達されてしまうため、ドライバビリティーの悪化を招くようになる。そこで、低車速時には、必要最小限の滑り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で、ドライバビリティーと燃費との両立を図るようにしている。例えば特許文献１に記載のロックアップクラッチの制御装置では、エンジン回転速度とタービン回転速度との差であるスリップ回転速度が目標値となるようにロックアップクラッチの差圧を調整することで、上記スリップ制御を実施している。

特開２００１−３８０４７９号公報

ところで、スリップ回転速度とロックアップクラッチ差圧との関係は、非線形となっている。すなわち、スリップ回転速度が同じであっても、トルクコンバーターのスリップ状態が異なれば、必要なスリップ回転速度を実現するために必要なロックアップクラッチ差圧が変ってくる。そのため、上記文献１の制御装置では、非線形モデルを使用してスリップ制御を実施しており、その制御は、非常に複雑なものとなっている。

またこれ以外のロックアップクラッチのスリップ制御の手法としては、必要なスリップ回転速度が得られるように目標エンジン回転速度を設定して、目標エンジン回転速度と実エンジン回転速度との偏差に基づくロックアップクラッチ差圧のフィードバック制御を行うという手法も考えられる。この場合にも、エンジン回転速度の偏差とロックアップクラッチ差圧との関係は、やはり非線形であるため、目標エンジン回転速度と実エンジン回転速度との偏差を使って単純にフィードバック制御を行うだけでは、ロックアップクラッチのスリップ状態を適切に制御することはできないことになる。そのため、こうした場合にも、トルクコンバータースリップ状態に応じてフィードバックゲインを可変とするなどの緻密なチューニングが必要で、やはり制御が複雑化してしまうようになる。

本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであって、その解決しようとする課題は、ロックアップクラッチのスリップ制御をより簡易に行うことのできるロックアップクラッチの制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果を記載する。
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、必要なスリップ状態が得られるようにロックアップクラッチの伝達トルクを目標トルクに制御するロックアップクラッチの制御装置において、前記目標トルクの算出式の項として、エンジントルクとトルクコンバーターの伝達トルク容量との差の項を含むことをその要旨としている。

上記構成では、エンジントルクとトルクコンバーターの伝達トルク容量との差の項を含む算出式を用いてロックアップクラッチの目標トルクが算出される。これにより、上記差の項により系の非線形性を相殺できるため、系を線形化することができる。そのため、簡易な制御構造でありながらも、トルクコンバーターのスリップ状態に拘わらず、実エンジン回転速度を目標エンジン回転速度に適切に収束させることができる。したがって上記構成によれば、ロックアップクラッチのスリップ制御をより簡易に行うことができるようになる。

なおより具体的には、例えば請求項２に記載のように、目標エンジン回転速度から演算されるイナーシャトルクの項と、エンジン回転速度の実値と目標値との偏差に基づくフィードバック項とを含む算出式を用いてロックアップクラッチの目標トルクの算出を行うようにすることができる。

また上記課題を解決するため、請求項３に記載の発明は、必要なスリップ状態が得られるようにロックアップクラッチの伝達トルクを目標トルクに制御するロックアップクラッチの制御装置において、前記目標トルクを下式（１）にて算出することをその要旨としている。

上記構成では、上式（１）に示すように、エンジントルクとトルクコンバーターの伝達トルク容量との差の項、目標エンジン回転速度から演算されるイナーシャトルクの項、エンジン回転速度の実値と目標値との偏差に基づくフィードバック項により目標トルクの算出式が構成されている。こうした場合、エンジントルクとトルクコンバーターの伝達トルク容量との差の項を上記算出式に含めたことで、系の非線形性が相殺されるようになる。そのため、系を線形化することができる。そのため、簡易な制御構造でありながらも、トルクコンバーターのスリップ状態に拘わらず、実エンジン回転速度を目標エンジン回転速度に適切に収束させることができる。したがって上記構成によれば、ロックアップクラッチのスリップ制御をより簡易に行うことができるようになる。

なおトルクコンバーターの伝達トルク容量は、請求項４に記載のようにエンジン回転速度又はタービン回転速度と当該トルクコンバーターの容量係数とから演算することができる。

またロックアップクラッチの伝達トルクを目標トルクとするための制御は、請求項５に記載のように、当該ロックアップクラッチの差圧の調整により行うことが可能である。

本発明の一実施形態についてその全体構造を模式的に示す略図。 同実施形態に採用されるロックアップクラッチのスリップ制御ルーチンのフローチャート。

以下、本発明のロックアップクラッチの制御装置を具体化した一実施形態を、図１及び図２を参照して詳細に説明する。
まず、図１を参照して本実施形態のロックアップクラッチの制御装置の構成について説明する。同図１に示すように、車載されたエンジン（Ｅ／Ｇ）１は、ロックアップクラッチ２を有したトルクコンバーター３を介して自動変速機（Ａ／Ｔ）４に連結されている。トルクコンバーター３は、トルク増幅作用を有する流体継手の一種であり、ロックアップクラッチ２は、エンジン１と自動変速機４とを機械的に直結することで、トルクコンバーター３のスリップによる流体損失を低減するものとなっている。

なお、ロックアップクラッチ２は、油路５、６を通じて油圧制御回路７より供給される作動油により作動する。具体的には、油路５を通じてロックアップクラッチ２のエンジン１側にリリース圧を印加するとともに、油路６を通じてロックアップクラッチ２の自動変速機４側から作動油を排出すると、ロックアップクラッチ２は解放状態となる。一方、油路５を通じてロックアップクラッチ２のエンジン１側から作動油を排出するとともに、油路６を通じて油圧制御回路７により調圧されたアプライ圧を印加すると、ロックアップクラッチ２は完全係合状態となり、エンジン１の回転が直接自動変速機４に入力されるようになる。また油路５を通じてロックアップクラッチ２のエンジン１側に印加されるリリース圧と、油路６を通じてロックアップクラッチ２の自動変速機４側に印加されるアプライ圧とをそれぞれ適宜に調節することで、ロックアップクラッチ２は、部分的に係合したスリップ状態となる。このようにロックアップクラッチ２は、そのエンジン１側、自動変速機４側にそれぞれ印加される油圧の差（ロックアップクラッチ差圧）に応じて作動されるようになっている。

油圧制御回路７は、電子制御ユニット８により制御されている。電子制御ユニット８は、ロックアップクラッチ２等の制御に係る各種演算処理を実施するＣＰＵ、制御用のプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果や各種センサーの検出結果等が一時的に記憶されるＲＡＭ、外部との信号の授受に用いられるＩ／Ｏを備えて構成されている。なお、電子制御ユニット８には、車両の運転状況を検出するための各種センサーの検出信号が入力されている。例えばエンジン１の回転速度を検出する回転速度センサー９、エンジン１のスロットル開度を検出するスロットルセンサー１０、運転者のアクセル操作量を検出するアクセルセンサー１１、エンジン１の吸入空気量を検出するエアフローメーター１２、車速を検出する車速センサー１３などの検出信号が電子制御ユニット８に入力されている。

さて、以上のように構成された本実施形態のロックアップクラッチの制御装置では、ロックアップクラッチ２のスリップ制御を必要に応じて実施する。このロックアップクラッチ２のスリップ制御では、上記リリース圧とアプライ圧との差圧、すなわちロックアップクラッチ差圧を適宜に調節することで、ロックアップクラッチ２を部分的な係合状態とするようにしている。こうしたロックアップクラッチ２のスリップ制御は、基本的には、ロックアップクラッチ２が必要なスリップ状態となるように設定された目標エンジン回転速度と実エンジン回転速度との偏差に基づきロックアップクラッチ２の伝達トルクをフィードバック制御することで行なわれる。

なお本実施形態では、このときのロックアップクラッチ２の伝達トルクの目標値である目標トルクＴ_cl を、エンジントルクＴ_eとトルクコンバーターの伝達トルク容量Ｔ_tc との差の項を含んで構成された算出式を用いて算出するようにしている。より詳しくは、上記エンジントルクＴ_eとトルクコンバーターの伝達トルク容量Ｔ_tc との差の項、目標エンジン回転速度ω_et から演算されるイナーシャトルクの項、及び目標エンジン回転速度ω_et と実エンジン回転速度ω_eとの偏差に基づくフィードバック項からなる算出式を用いて目標トルクＴ_cl を算出するようにしている。

以下、こうした算出式が何如にして導出されたかを説明する。
まず、実エンジン回転速度ω_eと、エンジントルクＴ_e、トルクコンバーター３の伝達トルク容量Ｔ_tc 及びロックアップクラッチ２の伝達トルクＴ_cl の間には、次式（２）の関係が成り立つ。ここで下式（２）の左辺「Ｉ_e×ｄω_et ／ｄｔ」は、エンジン１のイナーシャトルク、すなわちエンジン１自体の回転速度の上昇に利用可能なトルクを表している。すなわち、下式（２）は、エンジン１の発生したトルクから、ロックアップクラッチ２及びトルクコンバーター３を通じて自動変速機４に伝達されたトルクを差し引いたものが、エンジン１自体の回転速度の上昇に利用可能なイナーシャトルクであることを示している。

一方、上記ロックアップクラッチ２のスリップ制御では、実エンジン回転速度ω_eを目標エンジン回転速度ω_et に収束させるように実施される。ここでそうしたエンジン回転速度の収束の度合を評価するため、その評価用の関数である誤差エネルギー関数Ｖを設定する。ここでは、目標エンジン回転速度ω_et と実エンジン回転速度ω_eとの偏差の絶対値、及び同偏差の時間積分値の絶対値を「０」に近づけることを目標とするため、上記誤差エネルギー関数Ｖとして、次式（３）の関数を設定することとする。

ここで、「ｘ_1」を目標エンジン回転速度ω_et と実エンジン回転速度ω_eとの偏差とし、「ｘ_2」を同偏差の時間積分値とすると、下式（４）が成り立つ。すなわち、目標エンジン回転速度ω_et と実エンジン回転速度ω_eとの偏差ｘ_1は、同偏差の時間積分値ｘ_2の時間微分値となる。

一方、目標エンジン回転速度ω_et と実エンジン回転速度ω_eとの偏差ｘ_1の時間微分値は、下式（５）の通りとなる。

ここで上式（２）の関係から、目標エンジン回転速度ω_et と実エンジン回転速度ω_eとの偏差ｘ_1の時間微分値は、下式（６）のように表すことができる。

一方、上記誤差エネルギー関数Ｖを時間微分すると、下式（７）の関係が得られる。

ここで上式（７）に上式（６）の関係を代入すると、次式（８）が得られる。

更に上式（８）の中括弧内の式を「−Ｃｘ_1」と置くと、下式（９）の関係式が得られることになる。

こうした式（９）の両辺に、エンジン１の慣性モーメントＩ_eをそれぞれ乗算すると、下式（１０）の関係式が得られる。

この式（１０）からは、次式（１１）が得られる。そして同式（１１）のようにロックアップクラッチ２の目標トルクＴ_cl を設定すれば、上記誤差エネルギー関数Ｖが時間の経過とともに収束するようになる。

上式（１１）の「ＣＩ_e」、「Ｉ_eｋ_1」はそれぞれ定数であるため、これを定数「ｋ_p」、定数「ｋ_i」と置けば、次式（１２）の通りとなる。以上により、上記エンジントルクＴ_eとトルクコンバーターの伝達トルク容量Ｔ_tc との差の項、目標エンジン回転速度ω_et から演算されるイナーシャトルクの項、及び目標エンジン回転速度ω_et と実エンジン回転速度ω_eとの偏差に基づくフィードバック項からなる目標トルクＴ_cl の算出式が得られる。

なおエンジントルクＴ_eは、エンジン１のスロットル開度や吸入空気量とエンジン回転速度ω_eとから推定することができる。またトルクコンバーター３の伝達トルク容量は、エンジン回転速度ω_e又はタービン回転速度とトルクコンバーター３の容量係数とから推定することができる。例えばトルクコンバーター３の容量係数とエンジン回転速度ω_eの二乗値との乗算値としてトルクコンバーター３の伝達トルク容量の推定値を算出することが可能である。

一方、上式（３）の誤差エネルギー関数Ｖを時間微分するとともに、上式（２）及び上式（１２）の関係を代入すると、下式（１３）が得られる。ここで定数ｋ_i及びエンジン１の慣性モーメントＩ_eは共に正の値であるため、誤差エネルギー関数Ｖの時間微分値（ｄＶ／ｄｔ）は常に「０」以下の値を取ることになる。したがって、誤差エネルギー関数Ｖの値は、時間の経過とともに「０」に収束することとなり、上式（１２）の算出式に基づいて目標トルクＴ_cl を設定すれば、実エンジン回転速度ω_eは時間の経過とともに目標エンジン回転速度ω_et に収束することが解る。

図２は、本実施形態に採用されるロックアップクラッチ２のスリップ制御ルーチンのフローチャートを示している。本ルーチンの処理は、ロックアップクラッチ２のスリップ制御の実施中に、電子制御ユニット８により周期的に繰り返し実施されるものとなっている。

さて本ルーチンが開始されると、電子制御ユニット８はまずステップＳ１００において、目標エンジン回転速度を算出する。ここでの目標エンジン回転速度ω_et の算出は、必要なスリップ状態が得られるように、車速やエンジン負荷等に基づいて行われる。

続くステップＳ１０１では、電子制御ユニット８は、ステップＳ１００にて算出した目標エンジン回転速度ω_et に基づいて、上式（１２）を用いてロックアップクラッチ２の目標トルクＴ_cl を算出する。そして電子制御ユニット８は、次のステップＳ１０２において、先に算出した目標トルクＴ_cl が得られるようにロックアップクラッチ差圧を設定して、今回の本ルーチンの処理を終了する。

以上説明した本実施形態に係るロックアップクラッチの制御装置によれば、次の効果を奏することができる。
・本実施形態では、電子制御ユニット８は、ロックアップクラッチ２の目標トルクＴ_cl を、エンジントルクＴ_eとトルクコンバーターの伝達トルク容量Ｔ_tc との差の項を含んで構成された算出式（１２）を用いて算出するようにしている。より詳しくは、上記エンジントルクＴ_eとトルクコンバーターの伝達トルク容量Ｔ_tc との差の項、イナーシャトルク項及びフィードバック項からなる算出式（１２）を用いて目標トルクＴ_cl を算出するようにしている。こうした場合、エンジントルクＴ_eとトルクコンバーター３の伝達トルク容量Ｔ_tc との差の項（Ｔ_e−Ｔ_tc ）を上記算出式（１２）に含めたことで、系の非線形性を相殺してその線形化が可能となる。そのため、簡易な制御構造でありながらも、トルクコンバーター３のスリップ状態に拘わらず、実エンジン回転速度ω_eを目標エンジン回転速度ω_et に適切に収束させることができる。したがって上記構成によれば、ロックアップクラッチのスリップ制御をより簡易に行うことができるようになる。

なお上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、目標エンジン回転速度ω_et と実エンジン回転速度ω_eとの偏差ｘ_1、及びその時間積分値ｘ_2に基づいてロックアップクラッチ２の目標トルクＴ_cl を、ひいてはロックアップクラッチ差圧をフィードバック制御するようにしていた。同様のフィードバック制御は、ロックアップクラッチ２のスリップ回転速度（エンジン回転速度とタービン回転速度との差）に基づくことでも行うことができる。この場合、上式（１２）の目標エンジン回転速度ω_et と実エンジン回転速度ω_eとの偏差ｘ_1及びその時間積分値ｘ_2を、目標スリップ回転速度と実スリップ回転速度との偏差及びその時間積分値に置き替えて、目標トルクＴ_cl の算出を行うことになる。

・上記実施形態では、目標トルクＴ_cl のフィードバック制御をＰＩ制御にて行うようにしていたが、ＰＩＤ制御やＰＤ制御、Ｐ制御により行うようにしても良い。
・上記実施形態では、エンジントルクＴ_eとトルクコンバーターの伝達トルク容量Ｔ_tc との差の項、目標エンジン回転速度ω_et から演算されるイナーシャトルクの項、及びフィードバック項からなる算出式（１２）を用いて目標トルクＴ_cl を算出するようにしていた。こうした算出式は、これに限らず適宜に変更して実施することも可能である。いずれにせよ、目標トルクＴ_cl の算出式に、エンジントルクＴ_eとトルクコンバーターの伝達トルク容量Ｔ_tc との差の項が含まれていさえすれば、系の非線形性を相殺することができ、ロックアップクラッチ２のスリップ制御を簡易に行うことが可能となる。

１…エンジン、２…ロックアップクラッチ、３…トルクコンバーター、４…自動変速機、５、６…油路、７…油圧制御回路、８…電子制御ユニット、９…回転速度センサー、１０…スロットルセンサー、１１…アクセルセンサー、１２…エアフローメーター、１３…車速センサー。

Claims (5)

1. 必要なスリップ状態が得られるようにロックアップクラッチの伝達トルクを目標トルクに制御するロックアップクラッチの制御装置において、
   前記目標トルクの算出式の項として、エンジントルクとトルクコンバーターの伝達トルク容量との差の項を含む
   ことを特徴とするロックアップクラッチの制御装置。
2. 前記目標トルクの算出式の項として、目標エンジン回転速度から演算されるイナーシャトルクの項と、目標エンジン回転速度と実エンジン回転速度との偏差に基づくフィードバック項とを含む
   ことを特徴とする請求項１に記載のロックアップクラッチの制御装置。
3. 必要なスリップ状態が得られるようにロックアップクラッチの伝達トルクを目標トルクに制御するロックアップクラッチの制御装置において、
   前記目標トルクを下式（１）にて算出する
   ことを特徴とするロックアップクラッチの制御装置。
   

   
4. 前記トルクコンバーターの伝達トルク容量は、エンジン回転速度又はタービン回転速度と当該トルクコンバーターの容量係数とから演算されてなる
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のロックアップクラッチの制御装置。
5. 前記ロックアップクラッチの伝達トルクを目標トルクとするための制御は、当該ロックアップクラッチの差圧の調整により行われる
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のロックアップクラッチの制御装置。

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