JP2004504217A - 勾配のある道路におけるスリップの計算 - Google Patents

Abstract

本発明は、車両に対するまさに動かそうとする感じを与えるために必要とされる所定のトルク量への修正値を計算するための方法に関する。この修正は、車両の重量と、車両が作動状態に置かれている勾配とを考慮に入れて、この修正したトルクを発生するためにエンジンに指令を発し、さらに、クラッチ装置に前記修正した切迫トルクを伝達して、現在の作動状態に従って、車両をまさに動かそうとするトルクを与える。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両変速機の改良に関し、特に、自動変速機及びクラッチシステムを取り付けた車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トルクコンバータによってエンジンに連結されたチェンジギア変速機を備える車両を運転するとき、変速機の動作は、トルクコンバータ部分から利用できるスリップとトルクの組合せによって特徴付けられる。変速機のフィーリングは、車両が静止状態にあるとき動くように駆り立てられることによって認識可能である。この動かそうとするための切迫トルク（ｕｒｇｅ ｔｏｒｑｕｅ）は、エンジンアイドル速度でのトルクコンバータの失速トルク（ｓｔａｌｌ ｔｏｒｑｕｅ）によって生じる。上り坂において、車両が停止していて運転者がブレーキからアクセルペダルに足を移動したとき、この切迫トルクは、車両が後方に動くのを防止することができる。
【０００３】
機械式自動変速装置（ＡＭＴ）は、チェンジギア変速機を有し、かつ通常、中央処理ユニット（ＣＰＵ）を有して、ギアの選択とギア選択機構の作動を制御する。通常、ＡＭＴは、公知の油圧トルクコンバータよりも従来の摩擦クラッチに連結されている。ＡＭＴのより高度な形式では、クラッチ制御は、自動化されており、運転者は、運転室内の２つのペダルを有するだけである。
【０００４】
これらは、スロットル制御すなわちアクセルペダルと、ブレーキペダルである。通常のマニュアル式クラッチは、クラッチを制御するが、運転者に車両を前進させようとする切迫した感じを与えることはない。静止時にクラッチは、通常クラッチ磨耗を最小にするために完全に離脱していて、連続的にクラッチをスリップさせることから生じる熱の過度の消費を防止する。この状況において、運転者がパーキングブレーキまたはペダルを用いるブレーキのいずれの作動も行わない場合、ＡＭＴを備える車両が前進又は後退するのを防止するものは何もない。
【０００５】
市販の車両では、６段、９段、またはそれ以上の前進速度比を有しており、連結用の第１段ギア以外の１つのギアを選択する可能性がある。一般的に、６速変速機を有する車両では、始動ギアは、第２または第３速ギアとなる。より大きな車両では、１２速または１６速の変速機を有しており、車両が無負荷及び下り坂にある場合、始動ギアは、第３速ギアまたは第５速ギア、場合によっては第７速ギアとなる。始動ギアの数の選択により、発進段階でのクラッチのスリップと熱の発生を最小するギア比の選択が可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
車両が発進しようとしており、かつそのように指令されるとき迅速に動くように、運転者に指示を与えることが望ましい。本明細書において、「まさに動き出そうとする（ｕｒｇｅ ｔｏ ｍｏｖｅ）」という表現は、車両を動き出そうとし、ドライブラインの遊びが狭められて連結し、さらにブレーキが解除されて車両が動き出そうとする感じを運転者に与える状態を意味している。これは、必ずしも、車両が前方または後方にクリープ作用することを意味するものではなく、この場合、通常のトルクコンバータを有する車両では、十分なトルクが車両ドライブラインを介して伝達され、ドライブラインの遊びを無くすように連結し、そして、車両がブレーキをかけないで勾配のある斜面に停止している場合に、車両が下り坂の方向に転がり出さないようにする。
【０００７】
この動こうとする切迫トルク（ｕｒｇｅ ｔｏｒｑｕｅ）は、車両が動き出そうとする感じ、そして、あたかも車両が停止中からまさに動き出そうとしている場合に車両を動かすために必要なトルク量である。これは、経験的に決定されるもので、車両の重量及び形式による。運転者にその感じを与えるために必要とされるトルク量として質的に説明することができ、ドライブラインの遊びを少なくとも部分的に詰めてクラッチの連結動作を開始させ、そして車両が動くように準備する。
【０００８】
部分的にゼロ速度の状態でクラッチにスリップを与えるためにクラッチの部分的連結を行って、トルクコンバータ形式の変速システムにその感覚を反復させ、そして、このようなシステムが受ける切迫した動きの感じを与える。自動クラッチシステムは、より大きなトルク量を伝達するためのプログラムを有し、制限された運動量を与え、そして、「クリープ動作」機能を繰り返す。
【０００９】
代わりに、車両が上り坂にあるとき、エンジンがランニング動作中またはアイドル速度より僅かに高い速度にあって、車両が、斜面上に止まったままで停止状態にあり、また付加的なブレーキ力を加える必要をなくしてクラッチをスリップさせることにより、車両を斜面上に維持する能力を与えることが望ましい。また、車両が荷物を積載しているときのトルク量は、車両が荷物を積載していない場合、または平坦な水平面上にあるときに必要とされるトルク量よりも大きいことは明らかである。明らかに、車両がクラッチ寿命を最大にするためにスリップ及びそれによる熱の発生量を最小にできるように、特定の環境で車両を動かそうとする切迫トルクを与えるために利用できる十分なトルクを確保することが望ましい。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、車両に取り付けられ、かつエンジンからの出力を機械式チェンジギア変速機に伝達するために連結可能な自動摩擦クラッチと、クラッチの作動を制御し、かつエンジンと変速機に指令信号を送ることができる中央処理ユニット（ＣＰＵ）と、車両が作動状態に置かれた道路の勾配と車両の重量を計算するために、前記中央処理ユニットへの入力としてセンサ出力を供給する複数のセンサとを有し、
前記中央処理ユニットが前記道路の勾配と車両重量の計算された値を用いて、修正した切迫トルクの値を計算し、そして、エンジンに指令信号を供給して、前記クラッチに前記修正した切迫トルクに等しいトルク出力を分配し、クラッチオペレータ（２７）に指令信号を与えて、前記クラッチに前記修正した切迫トルクを伝達することを特徴としている。
【００１１】
この発明は、添付する図面に関連して以下に説明する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、変速システムの概略図を示し、図２は、以下に説明するモードにおける変速機を作動させる論理手順における動作のためのフローチャート図を示している。
【００１３】
図１は、変速システム１０を示し、この変速システムは、クラッチＣに連結される出力軸１２を有するエンジンＥを含み、このクラッチＣは、チェンジギア変速機１１の入力軸１６に連結可能となっている。変速機１１は、車両のドライブホイール（図示略）に連結される出力軸２０を有している。
【００１４】
この変速システムは、ＣＰＵ３０によって制御され、ＣＰＵは、好ましくは単一の処理ユニットであるが、分割された複数の処理ユニットとすることもできる。このような状況において、処理ユニットは、この変速システム、運転室内、エンジン、シャーシ等の上に、またはこれらの組立体に配置することができる。変速システムは、通常作動可能な複数の作動モードを有しており、手動及び自動の形式を含む。シフトポイントを調整して、有効な状態に適するように付加的な機能を有することもできる。
【００１５】
運転者によって要求されるエンジン出力は、ＴＨＬ２２によって示されている。このＴＨＬの出力信号は、ＣＰＵ３０に送られる。ＣＰＵ３０は、出力信号としての要求出力をリンク２３に沿ってエンジンＥに伝達する。変速機が自動モードである場合、運転者には、ＣＰＵによって作られた変速ギア比の選択又はオーバーライドの選択ができるようにギア比の選択レバー３４が設けられている。クラッチの作動は、ＣＰＵによって制御され、この制御信号は、クラッチオペレータ２７に送られる。変速機の作動は、本発明の一部を構成しないので、公知の手段によって行われる。ギア比の選択レバー３４は、ユニット３６内の一組の接点を作動し、ＣＰＵ３０に出力信号を供給する。選択レバー３４は、運転者に用いられてギア比を選択し、または変速機のＣＰＵによって選択されたギア比をオーバーライドする。ＣＰＵへの付加的な入力としては、複数のセンサーからのＥＳ，ＩＳ，ＯＳ信号があり、これらの信号は、それぞれエンジン速度、変速機入力軸速度、変速機出力軸速度を測定する。出力軸速度は、公知の方法で車両速度を決定するために用いることができる。
【００１６】
変速機コントローラ２９は、また、現在係合中のギア比（ＧＲ）についての情報を供給する。この情報から、公知の方法でＧＶＷを計算することが可能である。ＧＶＷ情報の別の供給源は、ＳＡＥＪ１９３９データリンクまたはＣＡＮバスシステムとすることができ、これらの１つが車両に取り付けられる。
【００１７】
図２は、本発明を実施するためのフローチャートの手順を示す。スロットル位置ＴＨＬ、出力軸速度ＯＳ、エンジン速度ＥＳ、及び入力軸速度ＩＳの各値は、センサ２２，２５，２８，３０から得られ、これらは、車両が上り坂の上り勾配（ｕｐ ｇｒａｄｅ）上、水平または下り勾配上にあるかどうかを決定するための情報及び車両重量を決定するための情報を有するＣＰＵに供給される。
【００１８】
勾配および重量に関する情報は、特定の環境において車両を定常状態に維持するために必要とされるトルク量（修正した切迫トルク）を計算するのに用いられる。切迫トルクは、まさに動かそうとする感じ、すなわち、ドライブラインの遊びを無くして連結し車両が発進しようとする状態を運転者に与えるためにエンジンから指令される特定のトルク値として通常定義される。これは、通常、特定の形式の車両に対する特定トルク値であり、経験的に決定される。約２６トン（概略５０，０００ポンドまで中型の積載車両では、約６１Ｎｍ（概略４５フィートポンド）の切迫トルクが最適であると決定される。切迫トルクの正確な値に影響を与えるファクタは、車両の形状等によるものであり、また、車両が最少の遅れ時間でスムーズに発進するの好ましい切迫トルクであるかどうか、あるいは、ゆっくりした応答時間が受け入れられるかどうかによる。
【００１９】
ＣＰＵは、特定の状況に車両を保持するために必要とされる、修正した切迫トルクＵＴ_ＭＯＤの値を計算する。車両が水平面上にある場合、切迫トルクが通常にストアされた所定の値に等しくなる。車両が上り坂に面する場合、車両が後方に転がることなく所定位置に止まるために、より多くのトルクが必要とされる。
【００２０】
一方、通常の切迫トルクがゆっくりした速度で与えられると、車両が水平位置にあるときの状況と比較して、その時、車両は後方に転がるので、可能ならば、さらに道路の勾配上で車両が保持される能力を与えることが望ましい。十分な勾配上で車両を保持した状態に保つ能力を与えるために、考慮すべき重要な基準は、主として、クラッチの熱的性能、勾配上に保持する過程で発生する熱を消散させるための能力である。明らかに、小さな容量のクラッチは、比較されるべきより大きなユニットよりも熱的能力（およびトルク伝達能力）が低い。また、同一の大きさのクラッチに対しても、クーラーを備えた湿式クラッチは、通常の湿式クラッチよりもより大きい能力を有する。これらの湿式クラッチは、乾燥クラッチにより多くの能力を有する。システムが、十分な勾配上で車両を保持する能力を有することができるかどうかを決定するために、これらのファクタが考慮されなければならない。熱的警報および熱的保護システムを包含させることが重要であるが、これらのシステムの設計及び詳細は、本発明の範疇から離れている。
【００２１】
車両が下り坂の勾配上にある場合、その時、修正した切迫トルクを減少させ、それ以下の切迫トルクとすることが望ましい。この減少した値は、多数の利点を有し、その１つは、クラッチのスリップ及びクラッチ磨耗を減少させることである。また、車両が下り坂上にあるとき、減少した強さを用いて、まさに動かそうとする感じを有することが望ましい。その結果、運転者がスロットルペダルを押すことによって加速することを望まないまたは指令しなければ、車両は、加速されない。
【００２２】
こうして、修正したトルクが、常に予め決定した切迫トルクよりも大きくなるものではなく、下り坂の状態では、この切迫トルクが低下することもありえる。この値は、低くすることができるか、負の値ではなくまた、ドライブラインの遊びをなくすように連結されるので、ゼロとはならない。
【００２３】
エンジンが必要とされるトルクを発生するために、上述のアイドル速度以上のエンジン速度に高める必要があり、エンジンのＣＰＵよりも主として変速機のＣＰＵに基づいてエンジンの制御を確実なものとする。エンジンによっては、５０〜１００ｒｐｍ間のエンジンアイドル速度よりも上昇させる必要があるが、通常、約５０ｒｐｍの速度で十分所望の効果を達成させることができる。
【００２４】
自動変速機のＣＰＵは、通常入力センサ情報から、変速機入力軸速度、出力軸速度、ギア比および車両の加速／減速、道路の勾配、及び車両の総重量（ＧＶＷ）等を計算することができる。代わりに、これらの情報は、車両に適合するならばＳＡＥＪ１９３９データリンク、またはＣＡＮバスから利用することもできる。道路の勾配及びＧＶＷの各値と、エンジンのトルク特性についての情報を用いることにより、上り坂上の位置に車両を保持するために必要とされるトルクを計算することができる。
【００２５】
ＣＰＵは、また、変速機が始動ギアの１つに連結されているかどうかを決定する前に用いられる連結ギア比の入力を受け入れる。感知されたスロットル位置（ＴＨＬ）は、所定の基準値ＴＨＬ_ＲＥＦに対して比較される入力２２を出力する。また、出力軸速度は、所定の基準値ＯＳ_ＲＥＦに対して比較される。スロットル設定が所定の基準値よりも大きくなり、かつ出力軸速度が所定の基準値より大きくなると、その時、ＣＰＵは、車両が停止状態またはアイドル状態にないと決定し、そして、所定のルーチンの続行をやめて、処理を終了する。
【００２６】
スロットル設定が所定の基準値以下であり、かつ出力軸速度が所定の基準値以下であると、その時、車両は、許可された始動ギア比の１つに連結されており、このプロセスが続行される。テスト条件が与えられると、ＣＰＵが指令を発して、エンジン速度をアイドル速度以上に上昇させ、修正した切迫トルクを与えることができる。一旦エンジンが修正した切迫トルクを発生すると、ＣＰＵは、クラッチコントローラ２７に指令を出力して、修正した切迫トルクを伝達するためにクラッチの連結を開始する。そして、このルーチンを終了する。
【００２７】
このルーチンは、全ての条件に対してクラッチのスリップ量を最適化するのに用いることができる。このシステムの利点は、負荷または勾配に独立してまさに動かそうとする感じを一定にできることである。必要とされるトルク量のみを発生させることによって、クラッチのスリップを必要とされる最小量に保つことが可能であり、一方、運転者は、まさに車両が動き出そうとする感じを常にもつことができる。エンジンによって発生したトルク量を最小にすることによって、クラッチによって伝達されるべきトルク量を最小にし、クラッチの磨耗量を減少させる。これは、クラッチにおいて消費される熱量を減少させる利点を有する。これにより、クラッチの熱的能力をより効率的に使用することができる。車両が水平位置又は上り傾斜面上にあるとき、これは、より長い期間のクラッチのスリップを与え、かつ上り坂上で車両を保持するモードにおいて、急な勾配で車両を保持するための能力を与えることを意味する。これらの利点は、難しい条件の下で、クラッチの寿命を最大にし、かつシステムの能力を改善するために用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、変速システムの概略図である。
【図２】
図２は、変速機を作動させる論理手順の動作のためのフローチャート図である。

Claims (8)

1. 車両に取り付けられ、かつエンジン（Ｅ）からの出力を機械式チェンジギア変速機（１１）に伝達するために連結可能な、自動摩擦クラッチ（Ｃ）と、
   クラッチの作動を制御し、かつエンジンと変速機に指令信号を送ることができる中央処理ユニット（ＣＰＵ）と、
   車両が作動状態に置かれた道路の勾配と車両の重量を計算するために、前記中央処理ユニットへの入力としてセンサ出力を供給する複数のセンサ（２２，２５，２８，３０）とを有し、
   前記中央処理ユニット（ＣＰＵ）が、前記道路の勾配と車両重量の計算された値を用いて、修正した切迫トルク（ＵＴ_ＭＯＤ）の値を計算し、そして、エンジン（Ｅ）に指令信号を与えて、前記クラッチ（Ｃ）に前記修正した切迫トルク（ＵＴ_ＭＯＤ）に等しいトルク出力を分配し、クラッチオペレータ（２７）に指令信号を与えて、前記クラッチ（Ｃ）に前記修正した切迫トルク（ＵＴ_ＭＯＤ）を伝達することを特徴とするシステム。
2. 前記修正した切迫トルクは、水平または上り坂で車両を静止位置に維持するために必要とされるトルクに等しくなるように計算されることを特徴とする請求項１記載のシステム。
3. 前記修正した切迫トルクは、車両が水平または上り坂にある場合の切迫トルクに等しいかまたはそれ以上のトルクであることを特徴とする請求項１記載のシステム。
4. 前記修正した切迫トルクは、車両が下り坂にある場合の切迫トルク以下であることを特徴とする請求項１記載のシステム。
5. スロットルによって制御されるエンジン（Ｅ）と機械式チェンジギア変速機（１１）との間に連結される自動摩擦クラッチシステムを制御するための方法であって、
   前記クラッチシステムは、中央処理ユニット（ＣＰＵ）に連結され、前記中央処理ユニットは、ｉ）　変速機の連結ギア比の入力を受信し、
   ｉｉ）　前記連結ギア比が始動ギアの１つであるかどうかを決定し、
   ｉｉｉ）　前記エンジン（Ｅ）のスロットル位置を検出するスロットル位置センサから検出したスロットル位置（ＴＨＬ）の入力信号（２２）を受信し、
   ｉｖ）　前記検出したスロットル位置（ＴＨＬ）を所定の基準値（ＴＨＬ_ＲＥＦ）と比較し、
   ｖ）　変速機出力軸速度（ＯＳ）を所定の基準値（ ＯＳ_ＲＥＦ）と比較しており、
   さらに、前記変速機が許容された始動ギア比の１つに連結され、かつスロットル位置（ＴＨＬ）の設定が所定の基準値（ＴＨＬ_ＲＥＦ）以下であり、さらに、出力軸速度（ＯＳ）が所定の基準値（ＯＳ_ＲＥＦ）以下ある場合、
   その時、前記中央処理ユニットは、修正した切迫トルク（ＵＴ_ＭＯＤ）に対する値を計算して、修正した切迫トルク（ＵＴ_ＭＯＤ）を供給するために、エンジン速度をエンジンアイドル速度よりも上昇させるように指令し、さらに、クラッチオペレータ（２７）に指令して、前記修正した切迫トルク（ＵＴ_ＭＯＤ）を前記変速機（１１）に分配することを特徴とする方法。
6. 前記修正した切迫トルクは、水平または上り坂で車両を静止位置に維持するために必要とされるトルクに等しくなるように計算されることを特徴とする請求項５記載の方法。
7. 前記修正した切迫トルクは、車両が水平または上り坂にある場合の切迫トルクに等しいかまたはそれ以上のトルクであることを特徴とする請求項５記載の方法。
8. 前記修正した切迫トルクは、車両が下り坂にある場合の切迫トルク以下であることを特徴とする請求項５記載の方法。

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