JP2004504574A - 始動ギアの自動選択 - Google Patents

Abstract

エンジン（Ｅ）からチェンジギア変速機（１１）にトルクを伝達するための自動クラッチシステムが、種々の入力パラメータを用いる処理ユニット（３０）に連結される。この処理ユニットは、最適な始動ギアを決定するために、車両が作動しているときのグレードと、車両の現在の重量とを計算して、車両が休止から発進するときのクラッチスリップを最小化する。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両変速機システム及びその改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
手動操作の変速機およびクラッチシステムに適合した車両において、ドライバーは、クラッチペダルを作動し、適当な始動ギアを選択する。経験のあるドライバーは、クラッチを不当にスリップさせることなく、かつまた、車両の速度を増加させながら、これに続く必要なギアシフトをして、静止状態からスムーズに車両をスタートさせることができる適切なギアを選択するであろう。
【０００３】
また、熟練のドライバーは、車両重量、車両性能、道路の状態及び勾配（ｇｒａｄｉｅｎｔ）を考慮に入れて始動ギアの選択を行う。車両をスムーズに牽引することができるように、現在の車両重量及び坂の勾配に対してあまりに高いギアが選択されると、ドライバーは、車両速度を十分に高くしてクラッチを完全に係合できるようになるまで、クラッチをスリップさせるだろう。クラッチのスリップは、クラッチ上での磨耗を生じる、ドライバーがクラッチをスリップさせればさせるほど、クラッチの寿命は低くなる。
【０００４】
従来の自動変速機は、通常、トルクコンバータ及びエピサイクリック（ｅｐｉｃｙｃｌｉｃ）ギアトレインを用いる自動変速機である。機械式自動変速機（ＡＭＴ）は、通常、ステップ式ギア変速機と考えられており、また、エンジンに変速機を選択的に連結するために、変速機とエンジンとの間にクラッチ装置を有している。クラッチ装置は、通常、トルクコンバータよりも摩擦式の装置である。ＡＭＴは、通常ギア比の選択を制御するための手段を含んでいる。クラッチの作動は、ペダルまたは自動化手段によって行われる。ＡＭＴは、通常ギア比を選択または保持するための手動のオーバーライドコントローラを備えている。ＡＭＴを用いる始動ギアの選択によれば、最適な始動性能を与え、かつクラッチスリップ時間を最小化するように制御することができる。
【０００５】
一方、クラッチのスリップは、常に第１ギアで始動することにより最小化することができるが、この実現化は、多くの不必要なギアシフトを生じ、またドライバーにとって厄介でかつ受け入れにくいものである。燃料効率もまた低下することになる。
【０００６】
現在のＡＭＴの実現において、始動ギアの選択は、セレクタスイッチの作動により運転者が行っている。このようなスイッチは、通常、ステアリングコラム又はそのそばに取り付けられたセレクタレバーの形式であるか、あるいは、ダッシュパネルに取り付けられたスイッチの形式を有しており、ＣＰＵによって適切にギア比を選択／決定されるギア選択またはオーバーライドするために使用される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
これらのスイッチは、運転者が、始動のための最適ギア比よりも少ないギア比を選択可できるようになるが、これによりクラッチ寿命を低下させる。しばしば、ＡＴＭは、ＡＴＭの制御装置内に予めプログラムされた始動ギア比を有する。この代わりに、すべてのドライブ旅行の始め、またはこの旅行中に再設定することもできる。このようなシステムの欠点は、システムが道路状態の変化または負荷あるいは無負荷停止状態での車両重量を考慮に入れないために、比較的柔軟性がないということである。
【０００８】
現在のＡＭＴシステムのいくつかの利用において、中央処理ユニット（ＣＰＵ）を用いて、道路の勾配、車両総重量（ＧＶＷ）を計算すること（ＣＰＵに情報を供給するセンサを用いて測定すること）が可能である。グラジエント（勾配）及び車両総重量の値を用いることによって、有効な状態にあるシステムに対する最適始動ギア比を計算しかつ運転者に独立して選択することが可能である。このシステムの利点は、現在の状態に対するギア比があまりに高すぎる、あるいはあまりに低すぎないように、始動時からのクラッチ及び変速機を保護することであり、これにより、クラッチ寿命をより長くし、かつ車両におけるドライブトレインの酷使を抑えることができる。
【０００９】
本システムは、また、運転者に対して単純化される。オーバーライド装置では、始動ギア比が適切であるかどうかを選択することを含んでいるが、本システムは、運転者が始動ギア比を選択する必要がない。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、チェンジギア変速機と車両始動装置を含む車両用自動変速システムが提供される。始動装置は、エンジンから変速機にトルクを伝達することができ、原動機から前記変速機に、ゼロトルクから最大利用可能なエンジントルクまでの範囲内でトルクを伝達することができるように構成され、前記変速システムは、少なくとも１つの処理ユニットと、この処理ユニットへの入力としてセンサ出力を供給するための複数のセンサとを含み、
前記処理ユニットは、最適始動ギア比を決定するために、現在の車両総重量値と、車両が作動中の道路の勾配とを決定し、前記最適始動ギア比は、所定の最大値以下となる始動装置スリップ時間を与え、かつ目標の車速に到達するために必要とされる最低数のギアシフトを与えることを可能にする最も高い始動ギア比と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、本発明のシステムの作動を説明するフローチャート図を示している。
【００１３】
変速システム１０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】
ＣＰＵは、適当なセンサからＥＳ，ＩＳ，ＯＳの入力信号を受け取る。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、車両がエアサスペンション形式の場合、このサスペンションシステムとなる。
【００１７】
車両重量が既知でありかつエンジン性能特性が既知である場合、車両が動作中での坂の勾配（ｇｒａｄｉｅｎｔ）を決定することが可能である。この情報が公知である場合、効果的な状態のための最適始動ギア比を決定することが可能である。この最適始動ギア比は、クラッチが休止から完全に連結されて状態に、車両が発進中のクラッチスリップが最小となるギア比となる。この性能は、始動の目的に対してより高いギア比を用いることができることである。これは、順次続く必要なギア変換の数を減少させることにより燃料効率を改善する。減じられたギア変換の数は、運転者に好まれることであり、かつより快適な運転を導き、エンジンが酷使されないことになる。
【００１８】
しかし、選択されるギア比があまりに高い場合、エンジンが、ノンスリップ状態のクラッチを介して変速機と直接に連結されるまでかなり長い時間がかかることになる。摩擦クラッチにおけるスリップが長い時間にわたると、クラッチ寿命を縮める。油圧トルクコンバータの場合、長い時間にわたるスリップは、燃料効率の低下をまねく。
【００１９】
連結時間が余りに短い場合、ドライブトレインが「短い時間（ｓｎａｔｃｈｅｓ）」での急激な連結となるので、車両における他の部品の寿命にとって良くなし、また運転者にとっても快適とならない。クラッチをスリップさせるための受入可能な時間範囲は、０．２５〜５秒の間で変化し、かつ車両のその時点での状態、例えば、車両の総重量、グレード、選択ギア比、運転者要求に大いに依存する。運転者要求は、運転者が車両をより早く、またはよりスムーズにかつ静かに移動したいかどうかによって、スリップ時間に影響を与える。この好ましい値は、０．５〜１．５秒の間にある。
【００２０】
通常既知のパラメータは、エンジン速度、車両速度、及び係合ギア比であるか、車両総重量（ＧＶＷ）及び勾配もまた既知である場合、その時、最適始動ギア比の値を計算することができる。明らかに、最適ギア比は、車両が水平上にあるかまたは上り勾配に向かう場合よりも車両が下り坂の方向に向いて動き出そうとするときの方が高くなる。車両が上り坂の上にあるとき、このギア比は、勾配の角度に従って選択されるであろう。
【００２１】
ＧＶＷが４０トンまたはそれ以上（概略８００００ポンド）の重積載車両を作動させる場合、１２段または１６段の前進段を有する変速機が取り付けられて、車両が負荷時及び坂上にある場合、通常の始動ギア比は、ＧＶＷ及び勾配に基づいて第３段〜第７段の間となるであろう。ＧＶＷが３６トン（概略７２０００ポンド）の中積載車両では、６段または９段の変速機が取り付けられており、通常の始動ギア比は、ＧＶＷ及び勾配に基づいて第２段〜第４段の間となるであろう。
【００２２】
最適な始動ギア比を決定するための好ましい方法は、図２のフローチャートに示されている。この例では、最大始動ギア比は、ＣＰＵのメモリ内にプログラムされ、特定の変速機における形式及びギア比の数に適合するように選択することができる。上記に示したように、これは、３段目又は５段目のギア比とすることができるであろう。車両が作動中あるグレードが、走行する道路と同様に検出される。上述したように、この情報は、Ｊ１９３９データリンクに記載又は読み取れる方法によって計算することができる。
【００２３】
蓄えられたデータ、またはＪ１９３９データリンクから読み取れる情報の形式のいずれかで利用可能な他の情報は、利用可能な牽引力を計算するために用いることができる。単純に表現された牽引力ＴＥは、次の関数として計算される。
【００２４】
ＴＥ＝ｆ（ＲＲ＋ＧＲ＋ＧＶＷ）
ここで、ＲＲは転がり抵抗、ＧＲはグレード、ＧＶＷは車両総重量である。
利用可能な牽引力が一旦決定されると、加速スリップ時間の推定値を計算することが可能であり、これは、クラッチが完全に連結される時点に車両が加速されながら、クラッチがスリップする推定時間である。
【００２５】
上述したように、スリップ時間の好ましい最大値があり、この値、すなわち１．５秒を基準時間として、ＣＰＵのメモリにプログラムすることができる。加速スリップ時間の計算の結果、予め決められた基準値よりも長い時間が得られた場合、始動ギア比は、１段だけ下げることができ、より低いギア比を用いて計算処理が繰り返される。このサイクルは、加速スリップ時間が受入可能な限界内に達するまで繰り返すことができる。ギア比が計算された時点で、自動変速機がそのギア比に連結され、車両の発進が可能となる。
【００２６】
上述した非常に短いスリップ時間では、「変速機スナッチ（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｎａｔｃｈ）」が起こる危険があり、これは、運転者及び車両にとって良いことではない。ＣＰＵは、またスリップ時間が所定の最小値以下でないことを確認するために、このテストを実行するようにプログラミングすることもできる。しかし、車両が急な坂を下る場合には、例外となり、クラッチを介して伝達されるトルク量が非常に低くなるであろう。
【００２７】
この状況の下で、例えば、十分に負荷がかけられた車両を用いて非常に急な坂上で始動させる必要があるとき、加速スリップ時間は、所定の基準値（通常許される時間）よりも大きくなることが可能である。このような状況では、第１速のギアで発進させることが可能になるだけである。しかし、車両は、通常、別のクラッチとドライブライン保護装置を備え、この保護装置は、クラッチがオーバーヒートしないように、また、クラッチに損傷を与えないように用いることができる。このような装置の例は、温度センサおよび／または振動センサである。
【００２８】
最適始動ギア比および必要とされるシフト数を選択することにより、定常状態の速度（必ずしも最大値ではない）に到達するために、シフト数を４にまで減少することができる。このような減少は、運転者の疲労および燃料消費を少なくする。明らかに、クラッチの磨耗が少なくなるが、クラッチ寿命を増加させるために、実際の推定値を延ばすことは非常に難しい。
【００２９】
定常状態の速度（最大値ではない）に到達するために必要とされるシフト数のギア比を選択することによってシフト数を４つまで減少させることができる。このような減少は、運転者の疲労および燃料消費を少なくする。明らかに、クラッチの磨耗が少なくすることができる。
【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、本発明のシステムの作動を説明するフローチャート図である。

Claims (5)

1. 原動機（Ｅ）と車両ドライブホイールとの間に配置され、チェンジギア変速機（１１）とクラッチ装置（Ｃ）を含む車両用自動変速システム（１０）であって、
   前記クラッチ装置は、前記原動機から前記変速機に、前記原動機から得られるゼロトルクから最大トルクまでの範囲内でトルクを伝達することができるように構成され、前記変速システムは、
   少なくとも１つの処理ユニットと、
   この処理ユニットへの入力としてセンサ出力を供給するための複数のセンサとを含み、
   前記処理ユニットは、最適始動ギア比を決定するために、ｉ）　現在の車両総重量値と、ｉｉ） 車両が作動中の道路の勾配とを決定し、前記最適始動ギア比は、所定の時間よりも少ないクラッチスリップを持続させることが可能な最大始動ギアであることを特徴とする自動変速システム。
2. 前記複数のセンサは、スロットルペダル位置（ＴＨＬ）、エンジン速度、入力軸速度（ＩＳ）、出力軸速度（ＯＳ）、ギア比（ＧＲ）のいずれか１つまたはそれ以上を検出することを特徴とする請求項１記載の自動変速システム。
3. ギア比は、ＣＰＵによって決定され、このＣＰＵは、所定の最大値以下となるクラッチスリップ時間を与え、かつ目標の車速に到達するために必要とされる最低数のギアシフトを要求することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自動変速システム。
4. 始動装置は、摩擦クラッチであることを特徴とする請求項１記載の自動変速システム。
5. 自動変速システムが、原動機（Ｅ）と車両ドライブホイールとの間に配置されてチェンジギア変速機（１１）とクラッチ装置（Ｃ）を含み、このクラッチ装置が、前記原動機から前記変速機に、前記原動機から得られるゼロトルクから最大トルクまでの範囲内でトルクを伝達することができるように構成され、前記自動変速システムが、少なくとも１つの処理ユニット（３０）と、この処理ユニットへの入力としてセンサ出力が供給される複数のセンサ（２５，２８，３０）とを含んでいる、前記自動変速システム（１０）に適合した車両のための最適始動ギアを計算する方法であって、
   最適始動ギア比を決定するために、ｉ）　現在の車両総重量値と、ｉｉ）　車両が作動中の道路の勾配とを決定するステップを含み、
   前記処理ユニットは、前記２つの値を用いて、最適始動ギア比を決定し、前記最適始動ギア比は、所定の時間よりも少ないクラッチスリップを持続させることが可能な最大始動ギアであることを特徴とする方法。

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