トランスミッションコントロールユニット

トランスミッションコントロールユニット（TCU ）は、トランスミッションコントロールモジュール（TCM）またはギアボックスコントロールユニット（GCU ）とも呼ばれ、電子オートマチックトランスミッションを制御するために使用される自動車用 ECUの一種です。同様のシステムは、クラッチの自動化と作動のみを目的として、さまざまなセミオートマチックトランスミッションと組み合わせて使用​​されます。現代のオートマチックトランスミッションのTCUは通常、車両のセンサーとエンジンコントロールユニット（ECU）から提供されるデータを使用して、車両のギアを変更する方法とタイミングを計算し、最適なパフォーマンス、燃費、シフト品質を実現します。^[1]

1980 年代後半から、電子式オートマチック トランスミッションの設計は、純粋な油圧機械式制御から電子制御へと変化してきました。それ以来、開発は繰り返し行われ、今日では電子式オートマチック トランスミッション制御開発のいくつかの段階から設計が生まれています。トランスミッション ソレノイドは、これらの制御ユニットの重要なコンポーネントです。

近年、最新のオートマチックトランスミッションの進化と電子制御の統合により、大きな進歩を遂げています。最新のオートマチックトランスミッションは、燃費の向上、エンジン 排出量の削減、シフトシステムの信頼性の向上、シフトフィールの改善、シフトスピードの向上、車両ハンドリングの改善を実現しています。TCU が提供するプログラミング範囲の広さにより、最新のオートマチックトランスミッションを各アプリケーションに適したトランスミッション特性で使用できます。

一部のアプリケーションでは、TCU と ECU がパワートレイン制御モジュール(PCM) として 1 つのユニットに結合されます。

現代の典型的なTCUは、エンジンセンサー、オートマチックトランスミッションセンサー、その他の電子制御装置からの信号を使用して、いつどのようにシフトするかを決定します。^[2]より現代的な設計では、入力を共有したり、ECUへの入力から情報を取得したりしますが、古い設計では、エンジンコンポーネントに専用の入力とセンサーが付いていることがよくあります。現代のTCUは設計が非常に複雑で、非常に多くのパラメータに基づいて計算を行うため、シフト動作の可能な量は無限です。

このセンサーは、車両の現在の速度を判断するために、TCU にさまざまな周波数の信号を送信します。TCU はこの情報を使用して、さまざまな動作パラメータに基づいてギア変更を行うタイミングを決定します。TCU は、タービン速度センサー (TSS) とホイール速度センサー (WSS) の比率も使用して、ギアを変更するタイミングを判断します。TSS または WSS のいずれかが故障ま​​たは誤動作/故障すると、比率が間違ってしまい、速度計の読み取りが不正確になったり、トランスミッションが滑ったりするなどの問題が発生する可能性があります。これらの部品をテストするには、抵抗をチェックして、メーカーの仕様範囲内であることを確認します。

現代のオートマチックトランスミッションには、車輪速度センサー入力も備わっており、車両の実際の速度を判定して、車両が下り坂か上り坂かを判断し、道路速度に応じてギアチェンジを調整したり、停止時にトルクコンバータを切り離して燃費を向上させ、走行装置への負荷を軽減するかどうかを判断したりします。

TPS センサーと車速センサーは、ほとんどの TCU の 2 つの主要な入力です。古いトランスミッションでは、これを使用してエンジン負荷を判断していましたが、ドライブバイワイヤ技術の導入により、これは ECU と TCU の間で共有されることが多くなりました。この入力は、エンジンの負荷に応じてギア変更の最適な時間と特性を決定するために使用されます。変化率は、たとえば追い越しのためにダウンシフトが適切かどうかを判断するために使用されます。TPS の値も走行中に継続的に監視され、シフト プログラムがそれに応じて変更されます (エコノミー、スポーツ モードなど)。TCU は、この情報を車速センサーで参照して車両の加速度を判断し、これを公称値と比較することもできます。実際の値が大幅に高いか低い場合 (上り坂を走行している場合やトレーラーを牽引している場合など)、トランスミッションは状況に合わせてギアシフト パターンを変更します。

入力速度センサー (ISS) として知られています。このセンサーは、入力シャフトまたはトルク コンバータの現在の回転速度を決定するために、TCU に可変周波数信号を送信します。TCU は、入力シャフト速度を使用して、トルク コンバータ全体の滑りを判断し、バンドとクラッチ全体の滑り率を判断することもできます。この情報は、トルク コンバータ ロックアップ クラッチの適用をスムーズかつ効果的に調整するために不可欠です。

これはトランスミッションオイル温度とも呼ばれます。このセンサーはトランスミッション内の液体温度を測定します。これは多くの場合、ATF (オートマチックトランスミッションオイル) が適正温度にあるか診断するために使用されます。このセンサーの主な用途は、ATF が極端に高温になった場合にトランスミッションをダウンシフトするためのフェイルセーフ機能です。最新のトランスミッションでは、この入力により、TCU は温度に基づいて変化する液体の粘度に応じてライン圧力とソレノイド圧力を変更してシフトの快適性を向上させ、トルクコンバーターのロックアップクラッチの調整も決定できます。

TCUへの最も一般的な入力の1つはキックダウンスイッチで、アクセルペダルがフルスロットルを超えて踏み込まれたかどうかを判断するために使用されます。^[3]従来、これは単純なロジックで最大の加速を確保するための古いトランスミッションに必要でした。アクティブになると、トランスミッションは現在の道路速度に基づいて許容される最低ギアにダウンシフトし、エンジンのパワーリザーブをフルに使用します。これはほとんどのトランスミッションにまだ存在していますが、TCUはスロットル位置センサー、変化率、およびドライバー特性を使用してダウンシフトが必要かどうかを判断するため、ほとんどの状況で使用しなくなり、このスイッチの従来の必要性がなくなりました。

この入力は、シフトロックソレノイドを作動させるかどうかを決定するために使用され、運転者がブレーキを踏んでいない状態で運転レンジを選択するのを防ぎます。最新のTCUでは、この入力は、車両が下り坂であることをトランスミッションが検出した場合に、エンジンブレーキ効果を高めるためにトランスミッションをダウンシフトするかどうかを決定するためにも使用されます。 ^[2]

現在、多くのTCUは車両のトラクションコントロールシステムからの入力を備えています。TCSが不利な道路状況を検出すると、信号がTCUに送信されます。TCUはシフ​​トプログラムを変更して、早めにシフトアップしたり、トルクコンバーターのロックアップクラッチの適用をなくしたり、1速を完全になくして2速で発進したりできます。^[4]

これらのシンプルなオン/オフ電気スイッチは、特定の油圧ライン内の流体圧力の有無を検出します。診断目的で使用されるほか、場合によっては油圧制御要素の適用または解放を制御するために使用されます。

車両にクルーズ コントロールが装備されている場合、TCU はクルーズ コントロールシステムにも接続できます。これにより、ドライバーがスロットルを操作していないことを考慮してシフト動作を変更し、クルーズ コントロールが作動しているときに予期しないギア変更を回避できます。また、これはセレクター レバーの位置をクルーズ コントロール システムに通知するためにも使用され、レバーが運転範囲外にシフトされた場合にクルーズ コントロールを非アクティブにすることができます。

さまざまな情報が、コントローラ エリア ネットワーク通信または類似のプロトコル (初期のEIA-485ベースの車両ローカル エリア ネットワークであるクライスラーの CCD バスなど) を介して TCU に配信されます。古い車両設計や、レースや趣味の市場で販売されるアフターマーケット TCU では、TCU はトランスミッションの制御に必要な信号 (エンジン速度、車両速度、スロットル位置またはマニホールド真空、シフト レバー位置) のみを受信します。

一般的な最新の TCU は、シフト ソレノイド、圧力制御ソレノイド、トルク コンバータ ロックアップ ソレノイド、およびその他の電子コントローラに信号を送信します。

多くのオートマチックトランスミッションは、ブレーキペダルが踏まれていない場合に走行レンジが選択されないように、シフトロックソレノイドを介してセレクターレバーをロックします。^[5]

現代の電子式オートマチックトランスミッションには、ギアを変更するために作動する電気ソレノイドが搭載されています。シンプルな電子制御設計 (Ford の AOD-E、AXOD-E、E4OD など) では、ソレノイドを使用して既存のバルブ ボディのシフト ポイントを変更しますが、より高度な設計 ( Chrysler Ultradriveやその後継車など) では、ソレノイドを使用して、大幅に簡素化されたバルブ ボディを介してクラッチを間接的に制御します。

現代の電子式オートマチックトランスミッションは、基本的には油圧式です。このため、正確な圧力制御が必要です。古いオートマチックトランスミッションの設計では、トランスミッション全体の圧力を変更する 1 本のライン圧力制御ソレノイドのみを使用しています。新しいオートマチックトランスミッションの設計では、多くの圧力制御ソレノイドが使用されることが多く、シフト中にソレノイド自体がオンとオフを徐々に切り替えることで正確な圧力制御を行うこともあります。シフト圧力は、シフト品質 (圧力が高すぎるとシフトが荒くなり、圧力が低すぎるとクラッチが過熱します) とシフト速度に影響します。

ほとんどの電子オートマチックトランスミッションは、TCC ソレノイドを使用してトルク コンバータを電子的に制御します。完全にロックされると、トルク コンバータはトルク増幅を適用しなくなり、エンジンと同じ速度で回転します。これにより、燃費が大幅に向上します。最新の設計では、低速ギアで部分的なロックアップが提供され、燃費がさらに向上しますが、これによりクラッチ部品の摩耗が増加する可能性があります。

多くの TCU は、ECU に出力を提供して、数ミリ秒間点火時期を遅らせたり、燃料量を減らしたりして、急激なスロットル時のトランスミッションの負荷を軽減します。これにより、通常はシフトが困難になり、ギアボックスが損傷する可能性のある大きなトルクのエンジンでも、オートマチック トランスミッションがスムーズにシフトできるようになります。

TCU は、クラッチ摩耗インジケーターやシフト圧力などのトランスミッションの状態に関する情報を提供し、重大な問題が見つかった場合にはトラブル コードを発行し、計器クラスターの故障インジケーター ランプを点灯させることができます。また、手動トランスミッションと同様に、ニュートラル ギアが選択されるとクルーズ コントロールを無効にするために、クルーズ コントロール モジュールへの出力も存在することがよくあります。

クラッチレスマニュアルトランスミッション（クラッチペダルなし）を備えた旧式の自動車のトランスミッションコントロールユニット（TCU）は、通常、ギアシフトに接続された電気スイッチで構成されており、内部のトランスミッションコントロールユニットがドライバーがギアを切り替えるためにギアシフトに触れたことを感知するたびにアクティブになり、次にセンサーまたはソレノイドをプライミングしてクラッチサーボを駆動し、次にクラッチアクチュエーターを解除してドライバーがギアを変更できるようにします。半自動変速機の内部クラッチアクチュエーターは、油圧、空気圧、または電気手段で駆動できます。^{[6] [7]}ロードカーで使用されているクラッチレスマニュアルトランスミッションの後の例には、 900 NGで使用されているサーブセンソニックトランスミッションと、モンディアルTで使用されているフェラーリヴァレオオートマニュアルトランスミッションがあります。どちらのシステムも、ギアシフトに埋め込まれたセンサーに接続されたコンピューター制御のECUまたはマイクロプロセッサーを使用しており、ドライバーがギアを変更しようとしている（つまり、ギアシフトに触れる）ことを検出し、クラッチを自動的に作動させてドライバーがギアを変更できるようにしていました。サーブのセンソニックシステムは電気油圧式で、油圧クラッチアクチュエータに接続された電動モーターまたはソレノイドを使用していましたが、フェラーリのヴァレオシステムは電気機械式で、機械式クラッチシステムに接続された電動モーターまたはソレノイドを使用していました。^{[8] [9] [10]}

同様のTCUまたはGCUシステムは、パドルシフトトランスミッションを備えたレースカーでも使用されています。これらの電子システムは通常、エンジン制御ユニット（ロードカーと同様に）と連携して動作し、電子スロットル制御、クラッチとギアシフトの作動（電気、油圧、または空気圧アクチュエータ経由）、ギアシフトの時間と速度、センサー、スイッチ、ソレノイド、およびレースカーのトランスミッション制御ユニットを制御および構成するその他の油圧、空気圧、電子サブシステムの操作を担当します。^[11]