JP2005522636A - 自動変速機の制御方法 - Google Patents

Abstract

別個の速度比にて２つの慣性構成要素（１；２）間で動力を伝達する入力シャフト（７）および出力シャフト（８）で段付き自動変速機のギヤシフトを実行するための制御方法であって、第１の動力伝達経路（３，Ｈ，６）および第２の動力伝達経路（３，４，Ｌ，５，６）には、それぞれ調整可能なトルク伝達容量Ｔ_Ｈを有するハイクラッチ（Ｈ）および調整可能なトルク伝達容量Ｔ_Ｌを有するロークラッチ（Ｌ）とを設け、上記方法が、入力シャフト（７）から出力シャフト（８）への方向に変速機によって伝達されるギヤ・セット入力トルクＴ_ｉｎを決定するステップと、ａ）Ｔ_ｉｎ≧０である場合は、Ｔ_Ｈ＝Ｔ_ｉｎおよびＴ_Ｌ＝０、ｂ）Ｔ_ｉｎ＜０である場合は、Ｔ_Ｈ＝０およびＴ_Ｌ＝Ｔ_ｉｎとなるように、伝達されるギヤ・セット入力トルクＴ_ｉｎにより、前記トルク伝達容量Ｔ_ＨおよびＴ_Ｌを制御するステップとを含む。

Description

本発明は、請求項１の前文に定義する段付き自動変速機の制御方法に関する。

このような変速機は、例えば、欧州特許第０ ６７０ ７８９号（特許文献１)から一般的に周知であり、これは参照により本明細書に含まれるものと見なされ、一般的に自動車の動力伝達系統（drive line）に使用され、エンジンまたはモータから車両の車輪へと２つまたはそれ以上の別個のトルクおよび回転速度比で動力を伝達する。変速機は、低い、すなわち小さい伝達速度比または高い、すなわち大きい伝達速度比で動力を伝達するために、動力伝達系統内の１つの動力伝達経路から別の伝達経路へとシフトするために少なくとも２つのクラッチで構成されている。変速機のトルク比は言うまでもなく反対方向に変化する。上記２タイプのシフトは、それぞれダウンシフトおよびアップシフト、または一般的にギヤシフトとも示される。

段付き自動変速機（stepped automatic transmission）の初期には、一般的に車両の加速時に実行されるエンジンからホイール・シフトへの上記アップシフトのプラスのトルク・トランスファのみのギヤを同時に非常に良好に実行することができた。すなわち途切れないトルク伝達である。しかし、マイナスのトルク・トランスファのギヤシフトは、このような途切れないトルク伝達なしで実行された。このタイプの制御は、米国で一般的に運転されているような車両で今でも見られることが非常に多い。しかし、より洗練された変速機シフト戦略も開発され、これは強力なマイクロエレクトロニクスの開発および広範な使用のために実現可能なものとなった。最も精巧な変速機制御戦略は、プラスまたはマイナスのトルク・トランスファでいずれかの方向に、すなわちエンジンから車輪へ、およびその逆に連続的にトルクを伝達する状態で、アップシフトおよびダウンシフトの両方を実行することができる。これらのシフトを「クラッチ・トゥ・クラッチ（clutch-to-clutch）」シフトと呼ぶ。車両の運転者が経験する滑らかさとは別に、クラッチ・トゥ・クラッチ・シフトは、変速機内の衝撃または振動を減少させ、高価かつ大きいフリーホイールを使用せずにすむという点で好ましい。この開発の例は、１９９３年のＣｈａｌｍｅｒｓ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（スウェーデン、イェーテボリ）のＢｅｎｇｔ Ｊａｃｏｂｓｅｎの、「Ｇｅａｒ ｓｈｉｆｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｒｅｔａｉｎｅｄ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｆｅｒ」という論文（非特許文献１）で提供されている。しかし、特にＡ４３ページの例示としてのグラフにより、最新技術の変速機では、ギヤシフトに係わる個々のクラッチでクラッチ係合圧力を正しくタイミング設定し、一致させることは、なお特に困難であることを理解することができるだろう。これに関して、クラッチの係合が緩すぎると、エンジン速度が非常に上昇し（フレア）、これは望ましくなく、係合がきつすぎると、エンジンはチョーク（タイアップ）し、これも望ましくない。従来技術の変速機では、クラッチの係合および／または係合解除に想定される正しい瞬間および力は、経験的な校正、すなわち試行錯誤によって見出される。

自動変速機の後者の制御戦略は、２つの制御アルゴリズムで構成される。一方は、実行することが望ましいタイプのギヤシフトを開始する前の瞬間に選択される。大抵の場合、シフトを実行するために選択されるこのような制御アルゴリズムは、その後、完全に遂行する、すなわちそれに含まれるすべての方法のステップを実行するために必要である。この一方の制御アルゴリズムは、「Ｆｒｅｉｇａｂｅ Ｓｃｈａｌｔｕｎｇ」という名前でも周知である。他方の制御アルゴリズムは、「Ｕｂｅｒｈｏｈｕｎｇ Ｓｃｈａｌｔｕｎｇ」とも呼ばれる。ギヤシフトを実行するこのような制御戦略の一例が、ＶＤＩ Ｂｅｒｉｃｈｔｅ第１１７０号１１９ページの「Ｄｏｐｐｅｌｓｃｈａｌｔｕｎｇｅｎ ｂｅｉ Ｄｏｐｐｅｌｋｕｐｐｌｕｎｇｓｇｅｔｒｉｅｂｅｎ − Ｄｏｕｂｌｅ ｓｈｉｆｔｓ ａｔ ｄｏｕｂｌｅ−ｃｌｕｔｃｈ−ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓ」という記事（非特許文献２）で提供されている。別の例が、Ｗｉｅｓｂａｄｅｎ、Ｖｉｅｗｅｇ＆ＳｏｎのＦｒｉｅｄｒが販売しているＡＴＺ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ Ｚｅｉｔｓｃｈｒｉｆｔ ９７（１９９５）、Ｈｅｆｔ １１でＲｕｄｏｌｆ ＲｏｓｃｈおよびＧｅｒｈａｒｄ Ｗａｇｎｅｒの、「Ｄｉｅ ｅｌｅｋｔｒｏｎｉｓｃｈｅ ｓｔｅｕｅｒｕｎｇ ｄｅｓ ａｕｔｏｍａｔｉｓｃｈｅｎ Ｇｅｔｒｉｅｂｅｓ Ｗ５Ａ ３３０／５８０ ｖｏｎ Ｍｅｒｃｅｄｅｓ−Ｂｅｎｚ」という記事（非特許文献３）で提供されている。

「Ｆｒｅｉｇａｂｅｓｃｈａｌｔｕｎｇ」制御アルゴリズムは、実際に、代替的にいわゆるエンジン制動状況と呼ばれるマイナスのトルク・トランスファで、すなわちエンジンを駆動する車輪のアップシフトを必要とする運転状態、およびプラスのトルク・トランスファで、すなわち被動車輪へのエンジン出力のトランスファでのダウンシフトを必要とする状態のために選択されている。「Ｕｂｅｒｈｏｈｕｎｇｓｓｃｈａｌｔｕｎｇ」制御アルゴリズムは２つの逆の状況で、すなわちプラスのトルク・トランスファでのアップシフトおよびマイナスのトルク・トランスファでのダウンシフトで使用することができる。これにより、両方の制御アルゴリズムは、トルクのトランスファを担当する変速機を通る経路を一方のクラッチから他方へと切り換えるいわゆるトルク・フェーズと、変速機の出力シャフトと入力シャフトとの間の回転速度比を切り換えるいわゆるシフト・フェーズとを備える。「Ｆｒｅｉｇａｂｅ Ｓｃｈａｌｔｕｎｇ」制御アルゴリズムでは、最初にシフト・フェーズを実行して、その後にトルク・フェーズを実行するが、「Ｕｂｅｒｈｏｈｕｎｇｓｓｃｈａｌｔｕｎｇ」では最初にトルク・フェーズを、次にシフト・フェーズを実行する。一例として、プラスのトルク変速機でのダウンシフト実行時には、最初に変速機の速度比が部分的に、すなわち両クラッチの滑動、係合によって高い比率から低い比率へとシフトされ、その手順の間にもトルクはなお高いクラッチから移送され、その後にのみ変速機を通るトルク経路が、さらなるその係合によってロークラッチを通して実行される。したがって、既知の技術では上記で識別した４タイプのギヤシフトを扱うために２つの制御アルゴリズムが必要であるが、実際には各制御アルゴリズムを実行、すなわち完全に遂行する必要があるか、さもなければアップシフトまたはダウンシフトを実行中に、リアルタイムで運転状態の変化を考慮に入れるため、必要な情報を一方の制御アルゴリズムから他方へと交換および変換するために多大な（プログラミングの）努力が必要であり、そのための手段を設けなければならない。

上述の変速機制御戦略は、シフトを実行中に関連する状態が変化しないすべての状況で、非常によく（単調な経験的校正の後に）実行される。これは、実行されるギヤシフトの大半に当てはまる。しかし、それでも既知の制御戦略を最適化することができる。これに関して、まだ十分には取り組まれていない重大な欠点は、ギヤシフトの実行中、上記関連状態が実際に変化した場合、２つの制御アルゴリズム間の変更が困難である上述の状況である。これは、例えば、変速機を通して移送するトルクの符号が変化する、すなわちプラスからマイナスへ、または逆にマイナスからプラスへ変化する場合に当てはまる。シフト中、例えば、車両の急停車を行うか、車両の加速を中断するか、速度ペダルの押下を突然増加させる（キックダウン）間に、動作に入る運転者が考えを変更すると、制御アルゴリズム間でこのような変化が必要になる。

既知の制御戦略内で関連する状態のこのような変化に対処する困難さは、多くの別個の状況にも、すなわち関連する状態と、選択した制御アルゴリズムで走行する、すなわちその方法のステップをすべて実行する間に発生し得る可能な変化との組合せにも関連する。この困難さは、原則的にこのような可能な状態および変化をすべて予想することが望ましいという点で、さらに心痛の種になり、したがって変速機の新しい設計または修正のたびに多大なプログラミングおよびさらに多くの校正作業を実行しなければならない。
欧州特許第０ ６７０ ７８９号 Ｂｅｎｇｔ Ｊａｃｏｂｓｅｎ： Ｃｈａｌｍｅｒｓ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（１９９３）（スウェーデン、イェーテボリ） ＶＤＩ Ｂｅｒｉｃｈｔｅ：Ｎｏ．１１７０，ｐ．１１９ Ｒｕｄｏｌｆ Ｒｏｓｃｈ ａｎｄ Ｇｅｒｈａｒｄ Ｗａｇｎｅｒ： ＡＴＺ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ Ｚｅｉｔｓｃｈｒｉｆｔ，Ｎｏ．１１，ｐ．９７（１９９５）

本発明の目的は、このような関連する状態および可能な変化すべてに対処するために、従来の段付き自動変速機について既知の制御戦略の追加のプログラミング要件および他の欠点がなく、少なくともこれらを最小限に抑え、ギヤシフト操作における最適化された滑らかさを実現する、すなわち運転者による上記操作への意識を最小限に抑えて実現する簡潔な、すなわち洗練された方法での変速比制御方法に到達することである。

本発明によれば、このような制御方法は、請求項１の特徴付け部分によって達成することができる。本発明の基となる基本概念により制御された変速機は、関連する状態を一般化した方法で説明し、考慮する簡単だが効果的な動力伝達系統モデルを使用する。これにより、上記別個の状況はすべて、本質的に考慮される。

本発明による動力伝達系統モデルおよび制御方法では、１つの制御アルゴリズム内で、上記で識別した４タイプのギヤシフトのいずれか１つを、その特定の要件を満足しながら実行することが可能である。例えば、関連する状態の変化に応答して、実行中のギヤシフトを中断することも可能である。本発明による制御アルゴリズムが、このような状態を瞬時に考慮するからである。したがって、本質的にパラメータのトラックの損失が発生し得ない。また、選択したタイプまたは所望のタイプのギヤシフトに向けて変速機の関連する構成要素を瞬間的に起動することが可能である。関連する変速機パラメータが、ギヤシフトの動作に関係なく、絶えず更新されているからである。
新しい制御方法を使用すると、既知の技術で一般的に容認されている必要条件から離れることにより、段付き自動変速機の優れて最終的に滑らかなギヤシフト動作を実現することができる。クラッチ・トゥ・クラッチのギヤシフトは、ほぼ気付かれずに実行できる一方、本発明の方法により実行するシフトに必要なプログラミングの作業は大幅に軽減される。これは、それにより遭遇する開発の問題も説明する。

本発明による新しい制御方法では、すべての状態および上記で識別された４タイプのギヤシフトすべてにおいて、トルクの移送はほぼ中断なく維持され、少なくとも大部分は最適化され、運転者にはほとんど気付かれない非常に滑らかなギヤシフトを実行することを実現することが可能である。さらに、製造業者側では、変速機が対処する可能性があるすべての関連する状態および起こり得る変化は、１つの制御アルゴリズムで対処され、以前には２つの校正手順が必要であったことと比較して、１つしか必要ではない。また、最新技術の変速機は、上記ギヤシフトを実行する時間の関数としてクラッチの油圧係合圧力を規定し、これは通常固定され、別個に製造された変速機間でまたは変速機を動力伝達系統に組み込んだ後には容易に適応することができないが、新しい制御方法は、変速機を通して移送されるトルクの関数として油圧係合圧力を自由に規定し、これははるかに柔軟で適応可能な制御戦略を提供し、変速機の操作中に校正結果を適応し、例えば、クラッチの磨耗または別個の変速機間の技術的特性のわずかな変化に関係なく望ましい一定の性能を維持することもできる。
以下で、本発明を図面に沿ってさらに説明する。

図１は、動力伝達系統、すなわち本発明による動力伝達系統のモデルを概略的に示す。この動力伝達系統は、２つの慣性構成要素１および２と、入力シャフト７、出力シャフト８、２つのギヤ装置３、４および５、６を構成するギヤ・ホイール３、４、５および６を設けたギヤ・セットＧと、２つの摩擦要素ＬおよびＨとを備える。
ロークラッチＬとも呼ばれる摩擦要素Ｌは、係合すなわち起動すると、ギヤ・セットＧを通して上記慣性構成要素１と２を接続し、ハイクラッチＨとも呼ばれる摩擦要素Ｈは、起動すると上記慣性構成要素１と２を直接接続する。したがって、この例では、起動されたハイクラッチＨは、１対１の変速機速度とトルクとの比率を実現し、ロークラッチＬを起動し、ハイクラッチＨが開放状態にあると、上記２つのギヤ装置３、４および５、６のギヤ比に依存する変速機速度比ｉ＿ｇｅａｒが実現される。この例では、関連する場合は常に、１と等しい第１のギヤ装置４、３の出力／入力速度比を選択し、第２のギヤ装置６、５のそれは１／ｚと規定される。したがって、変速機の全体的な「低」速比も１／ｚと等しい。変速機の出力／入力トルク比は、言うまでもなくｚと等しい。係数ｚは、この例の全体で１より大きくなるように選択される。

慣性１は、クラッチＬおよびＨの上流にあるすべての慣性下位構成要素を組み込む。すなわちギヤ・ホイール３および４の慣性、すなわち入力シャフト７、エンジンおよび、例えば、トルク・コンバータのそれ、動力伝達系統に含めることができる他のシャフトおよび／または連続可変変速機（ＣＶＴ）である。慣性２は、クラッチＬおよびＨの下流にあるすべての慣性下位構成要素を組み込む。すなわち、ギヤ・ホイール５および６の慣性、出力シャフト８および車両の慣性も含む。エンジン・トルクＴ_ｅｎｇおよび道路負荷トルクＴ_ｌｏａｄはそれぞれ、慣性１および慣性２に作用する。動力伝達系統モデルに使用するエンジン・トルクＴ_ｅｎｇは、動力伝達系統に組み込まれた（燃焼）エンジンまたはモータが発生するトルクである。このようなエンジン・トルクＴ_ｅｎｇは、エンジンの回転速度ω_ｅｎｇ、エンジンに供給される燃料の量、およびいわゆる点火進角などの様々な信号に基づいて電子的手段を使用して推定することが多い。

本発明によれば、ギヤ・セットＧの変速機速度比ｉ＿ｇｅａｒは、クラッチ・トゥ・クラッチのシフト中に時間ｔの関数として規定の軌道に従い変化し、この軌道を本明細書ではｉ＿ｇｅａｒｓｅｔとする。好適には、このようなｉ＿ｇｅａｒｓｅｔ軌道は、ダウンシフトについて図３で示すように放物線状の形状を有することが好ましい。このような形状は、シフトの早期に高速でペース設定した比率変更を実現するが、このようなペースは、ギヤシフトの終了に向かってゼロへと滑らかに減少する。ギヤ・セットＧの実際の速度比ｉ＿ｇｅａｒは、Ｊ_ｖｅｈとも呼ばれる慣性２に対する、Ｊ_ｉｎｐとも呼ばれる慣性１をそれぞれ加速および減速することにより、ｉ＿ｇｅａｒｓｅｔ軌跡のセットポイントｉ＿ｇｅａｒｓｅｔ（ｔ）に強制的に従い、これはクラッチＬとＨの制御された係合によって実行される。
図１でモデル化した動力伝達系統を使用して、ギヤ・セットの入力トルクＴ_ｉｎ、すなわちギヤ・セットＧが移送するトルクを決定し、クラッチ・トゥ・クラッチのギヤシフト中に所望の速度比軌跡のセット・ポイントｉ＿ｇｅａｒｓｅｔ（ｔ）を獲得し、エンジンが発生または消費（エンジン制動）する特定のトルクＴ_ｅｎｇおよびエンジンとギヤ・セットＧの入力側間の動力伝達系統におけるトルク損失を考慮するトルクＴ_ｌｏｓｓを与え、これは実際には無視することができる。

および

図２は、２つのギヤ装置３、４および５、６と、それぞれクラッチ・プレート９、１０とも呼ばれ、上記ギヤ装置３、４および５、６間に設けられた摩擦または係合要素９または１０を有するロークラッチＬおよびハイクラッチＨを備える２段ギヤ・セットＧを実現する段付き自動変速機の関連するトルク・レベルおよびクラッチ・トルク容量を規定する。Ｔ_ＬおよびＴ_Ｈは、それぞれロークラッチＬおよびハイクラッチＨのクラッチ・トルク容量、すなわち個々のクラッチＬ、Ｈによって伝達できる瞬間的トルク・レベルである。以下では、それぞれＴ_ｉｎとＴ_ＬおよびＴ_Ｈとの関係が導出され、これにより上記クラッチ・トルク容量Ｔ_ＬおよびＴ_Ｈは、アップシフトとダウンシフトの両方でＴ_Ｌがゼロ以下になり、Ｔ_Ｈがゼロ以上になる、すなわち下式のような容量である。

これらの特徴は、図２では二重矢印で示され、ロークラッチＬでは、出力シャフト８に関連するクラッチ・プレート１０が入力シャフト９に関連するクラッチ・プレート９と同じ（低速ギヤが係合）またはそれより高速で回転した結果であり、したがって変速機のダウンシフトでこのクラッチが係合すると、入力シャフトにマイナスのトルクが発生する。入力シャフトを加速する必要があるからである。ハイクラッチＨでは、全く反対の分析が当てはまる。
次に、入力側、すなわちギヤ・セットＧのシャフト７では、以下のトルク式を与えることができる。

出力側、すなわちギヤ・セットＧのシャフト８では、以下のトルク式が当てはまる。

Ｔ_ＬおよびＴ_Ｈを計算するには、式（３）、（４）および（５）を使用する。この式のセットは過少決定である（underdetermined）ので、特別の制約、すなわち追加の要件が加えられ、これは本発明の主要目的による要件の概念に基づく。すなわち、クラッチ・トゥ・クラッチのギヤシフトが分配する出力トルクＴ_ｏｕｔは可能な限り少なくする。これは、スライド・クラッチ（slipping clutch）Ｌ、Ｈによる出力損失が最小になる結果としてギヤ・セットＧにトルク損失がある場合に達成され、これは変速機の出力トルクＴ_ｏｕｔを最大にするのと同じである。
結合式（４）および（５）が与えられる。

Ｔ_Ｌ≦０であるので、Ｔ_ｏｕｔを最大にするというのは、Ｔ_Ｌの絶対値を最小にするという意味であり、なお制約を満足させる。すなわちＴ_Ｌ≦０およびＴ_Ｈ≧０である。Ｔ_Ｈの制約は、式（４）を適用して書き直される。

その結果、下式になる。

したがって、変速機の上記関連する状態のすべてで動力の損失を最少にし、ギヤシフト中に感知可能なその変化を最少にした状態で滑らかに個々のロークラッチおよびハイクラッチＬ、Ｈのクラッチ・トルク容量Ｔ_ＬおよびＴ_Ｈを制御するという、本発明の基となる問題は、本発明の一部として導出された以下の要件に従うことにより、都合良く解決することができる。

さらに、Ｔ_Ｈが式（５）に従うとすると、本発明により上記要件（９）によって表され、制約された最適化の問題に、２つの解決法がある。

したがって、Ｌ→Ｈ（アップシフト）およびＨ→Ｌ（ダウンシフト）のギヤシフト中に、プラスの入力トルクＴ_ｉｎがあればすべてハイクラッチＨによって移送し、それと同時にロークラッチＬのトルク容量Ｔ_Ｌが必要で、ゼロになるように制御するという結論になる。これに対して、このようなギヤシフトでは、マイナスの入力トルクＴ_ｉｎがあればすべてロークラッチＬによって移送され、ハイクラッチＨのトルク容量Ｔ_Ｈが必要で、ゼロになるように制御される。
シフト中のＴ_ＬおよびＴ_Ｈについてこのように発見された要件を都合良く拡張して、ハイクラッチＨまたはロークラッチＬが十分に係合される、すなわちクラッチの滑動を示さず、変速機を通して全入力トルクＴ_ｉｎを移送する変速機状態も含むことができる。その結果、クラッチ・トルク・アルゴリズムと呼ばれる、クラッチ・トルク容量Ｔ_ＬおよびＴ_Ｈ両方の発生を決定する以下のアルゴリズムになる。
ＩＦ（ｉ＿ｇｅａｒ＝１／ｚ）｛すなわちロークラッチ係合｝
Ｔ_Ｌ＝Ｔ_ｉｎ；
Ｔ_Ｈ＝０；
ＥＬＳＥ
ＩＦ（ｉ＿ｇｅａｒ＝１）｛すなわちハイクラッチ係合｝
Ｔ_Ｌ＝０；
Ｔ_Ｈ＝Ｔ_ｉｎ；
ＥＬＳＥ
ＩＦ（Ｔ_ｉｎ＞０） ｛すなわちプラスの入力トルクでのシフト｝
Ｔ_Ｌ＝０；
Ｔ_Ｈ＝Ｔ_ｉｎ；
ＥＬＳＥ ｛すなわちマイナスの入力トルクでのシフト｝
Ｔ_Ｌ＝Ｔ_ｉｎ；
Ｔ_Ｈ＝０；
ＥＮＤ
ＥＮＤ
ＥＮＤ
このクラッチ・トルク・アルゴリズムは、可能なすべての状況で所望の入力トルクＴ_ｉｎに応じてクラッチ・トルク容量Ｔ_Ｌ、Ｔ_Ｈとも呼ばれるクラッチＬ、Ｈが移送するトルクを決定する。アルゴリズムは、プラスおよびマイナスの入力トルクＴ_ｉｎについてアップシフトとダウンシフトとを扱うことができる。変速機を通して移送されるトルクの記号が変化するか、アップシフトをまだ実行中にダウンシフトが突然に望ましくなった場合など、シフト自身の間にギヤシフトのタイプを変更しても、制御の問題を生ぜず、このように変化する状態は本質的に考慮されている。

図３は、プラスのエンジン／入力トルクＴ_ｅｎｇ、Ｔ_ｉｎにおける典型的なアップシフトを示す。図３の上のグラフは、ギヤ・セットＧの瞬間的に望ましい比率ｉ＿ｇｅａｒｓｅｔ（ｔ）を、すなわち時間ｔの経過の関数として与え、これによりｘまたはｉ＿ｇｅａｒｓｅｔ軸の値がｙまたは時間軸に向かって増加する。係数１／ｚおよび１は、ロークラッチＬがギヤ・セットＧを介して出力シャフト８を有する変速機入力シャフト７と係合し、すなわち結合し、ハイクラッチＨが係合する、すなわち変速機入力シャフト７と出力シャフト８との間の直接駆動を実現する状態で、それぞれ変速機の出力／入力速度比である。（速度比１／ｚから比率１への）ダウンシフト中に、出力シャフト８と入力シャフト７との間の変速機速度比ｉ＿ｇｅａｒを変更する方法を、図３の上のグラフで示した軌道として規定、すなわち事前プログラムする。１／ｚを１および１で単に置換することにより、アップシフトについて同じ軌道も規定することができ、これによってｘまたはｉ＿ｇｅａｒｓｅｔ軸値がｙまたは時間軸に向かって減少する。

中央のグラフは、滑らかな線としてエンジン・トルクＴ_ｅｎｇを、マーク突きの線としてギヤ・セットＧ入力トルクＴ_ｉｎを、両方とも時間ｔに対して示す。この例では、エンジン・トルクＴ_ｅｎｇをギヤシフト全体で一定レベルに維持する。実際に変速機速度比をシフトする間は、入力トルクＴ_ｉｎがもはやエンジン・トルクＴ_ｅｎｇと等しくならない。ギヤシフト中に入力慣性Ｊ_ｉｎｐ、すなわち慣性１の減速により動力伝達系統中でプラスのトルクが発生するからである。
下のグラフは、滑らかな線としてロークラッチＬのトルク容量Ｔ_Ｌを、マーク突きの線としてハイクラッチＨのトルク容量Ｔ_Ｈを、両方とも時間ｔに対して示す。本発明によるクラッチ・トルク・アルゴリズムは、ギヤシフトを開始する前にロークラッチＬのトルク容量Ｔ_Ｌが入力トルクＴ_ｉｎと等しくなり、ハイクラッチＨのトルク容量Ｔ_Ｈがゼロに等しくなるように規定する。図３の例として選択されているギヤシフトのタイプであるプラスの入力トルクで、ダウンシフトが望ましくなった瞬間に、クラッチ・トルク・アルゴリズムは、ロークラッチＬのトルク容量Ｔ_Ｌがゼロになるように制御され、ハイクラッチＨのトルク容量Ｔ_Ｈが入力トルクＴ_ｉｎに対応するように制御されることを規定する。このギヤシフト動作の位相はいわゆるトルク位相ＴＰであり、これは変速機速度比の実際の変更を実行するのに先立ち実行される。ハイクラッチＨのみが、ギヤシフト中に上記で説明したようにプラスの入力トルクＴ_ｉｎを移送できるからである。図３によると、上記トルク容量Ｔ_ＨおよびＴ_Ｌは、直線の軌跡に沿って制御される。しかし、このような軌跡は選択の問題であり、変速機の特定の用途に適するように特に適応させることができる。概して、トルク位相ＴＰが可能な限り短い時間しかとらない場合は、上記トルク容量Ｔ_ＨおよびＴ_Ｌを制御する（電動／油圧）システムの特性が、上記軌跡の最適形状および獲得可能な最大傾斜角度を決定することが好ましい。

トルク位相ＴＰの後、およびギヤシフトのいわゆるシフト位相ＳＰにおいて、実際の変速機速度比の変化は、本発明により入力トルクＴ_ｉｎと一致させるためにハイクラッチＨと係合するクラッチ・トルク容量Ｔ_Ｈを制御することにより、自動的に実行される。
特に、これは定常の変速機状態では、すなわちギヤシフトを実行しない場合は、上記クラッチＬ、Ｈによって伝達されるギヤ・セットの入力トルクＴ_ｉｎに対して、個々のクラッチＬ、Ｈのトルク伝達容量Ｔ_Ｌ、Ｔ_Ｈに、１より大きい安全係数Ｓｆを適用すると有利であると考えられることを述べておく。

このアプローチでは、変速機の定常動作中には、例えば、伝達される実際のトルクに対して本発明により決定した入力トルクＴ_ｉｎの不正確さ、または負荷によって導入される衝撃負荷の結果として、個々のクラッチＬ、Ｈの滑動が防止される。クラッチの滑動を防止すると、クラッチの磨耗が減少し、動力伝達の効率が最大となる。なお、このアプローチは、ギヤシフトを開始できる前に、例えば、上記安全係数Ｓｆを１まで正確に減少させることにより、入力トルクＴ_ｉｎと一致させるために、個々のトルク伝達容量Ｔ_Ｌ、Ｔ_Ｈを減少させる必要があるという欠点も有する。

図４は、状態機械に関して本発明によるクラッチ・トルク・アルゴリズムを示す。状態Ｌは、ロークラッチＬを十分に係合している場合、またはマイナスの入力トルクＴ_ｉｎでのギヤシフト中、アクティブとなる。この状態で、入力トルクＴ_ｉｎはロークラッチＬのみで移送される。状態Ｈは、ハイクラッチＨが十分に係合している場合、またはプラスの入力トルクＴ_ｉｎでアップシフトまたはダウンシフト中、アクティブとなる。この状態で、入力トルクＴ_ｉｎはハイクラッチＨのみで移送される。これら２つの状態Ｌ、Ｈは、変速機の定常動作中ばかりでなく、個々のギヤシフト動作のシフト位相ＳＰ中も有効であることに留意されたい。
状態Ｈ→Ｌが真である場合、すなわちダウンシフトが望ましい場合、状態Ｈから状態Ｌへの移送が開始される。状態Ｌから状態Ｈへの移送の開始は、状態Ｌ→Ｈが真であり、アップシフトが望ましい場合に実行される。これらの移送が実際に、個々のギヤシフト動作のトルク位相ＴＰを表すことに留意されたい。

図５は、摩擦要素Ｌ、Ｈとも呼ばれるクラッチＬ、Ｈの略図である。本発明によれば、変速機で、特にクラッチ・トルク容量Ｔ_ＨおよびＴ_Ｌで一般的に周知のロークラッチＬおよびハイクラッチＨは、比較的簡単であるが現実的なモデルによって本発明による動力伝達系統のモデルに組み込むことができる。このようなクラッチ・モデルでは、Ｆ_Ｎが、それぞれクラッチ入力シャフト１１およびクラッチ出力シャフト１２に関連する摩擦またはクラッチ・プレート９および１０を運ぶ締め付け力または係合力を表す。このような締め付け力Ｆ_Ｎは、クラッチのクラッチ・プレート９、１０の少なくとも１つに関連するピストン／シリンダ・アセンブリで作用する油圧クラッチ係合圧力Ｃ_Ｐによって一般的に周知の方法で作用することができる。また、このような係合圧力Ｃ_Ｐは、油圧ポンプおよび、好適には、電子的に制御可能であることが好ましい圧力制御弁によって、これも一般的に周知の方法で生成し、制御することができる。

クラッチ・モデルについては、以下の等式が与えられ、ここで、Ｔはトルクを表し、ωは回転速度を表し、「ｉｎ」および「ｏｕｔ」の下付き文字はそれぞれ、クラッチＬ、Ｈの入力および出力シャフト１１および１２を表す。

ここで、Ｔ_ｉｎおよびＴ_ｏｕｔは、摩擦要素Ｌ、Ｈによって、すなわちクラッチ・プレート９と１０の間で移送されるトルクを表し、ω_ｉｎおよびω_ｏｕｔはそれぞれ、クラッチ入力シャフト１１およびクラッチ出力シャフト１２の回転速度を表す。次に、Ｔ_Ｌ、Ｔ_Ｈを下式から計算することができる。

ここで、Ｃは、特定のクラッチ設計（例えば、摩擦プレート９、１０の数および形状）によって決定される定数であり、ｒは摩擦プレート９および１０の有効半径であり、μ_ｓｔａｔおよびμ_ｄｙｎは、それぞれこのような摩擦プレート９と１０の間の静的および動的摩擦係数である。本発明による制御方法の先進の実施態様において、温度、磨耗または他の影響係数を考慮に入れられるように、例えば、クラッチ係合圧力Ｃ_Ｐ対クラッチ・トルク容量Ｔ_Ｌ、Ｔ_Ｈ測定値などに基づき、変速機の動作中に摩擦係数を適合させることができる。

図６は、本発明による制御方法により作動する動力伝達系統制御装置ＤＬＣのブロック図である。この制御装置ＤＬＣは、いくつかのブロックを備える。第一に、ギヤ・セットＧの時間ｔの軌道ｉ＿ｇｅａｒｓｅｔに対する規定の望ましい速度比は、瞬間的に望ましい変速機速度比ｉ＿ｇｅａｒｓｅｔ（ｔ）を提供する。この望ましい速度比ｉ＿ｇｅａｒｓｅｔ（ｔ）およびエンジン・トルクＴ_ｅｎｇに基づき、本発明による上記動力伝達系統モデルＤＬＭを使用してギヤ・セット入力トルクＴ_ｉｎを決定する。その後にギヤ・セット入力トルクＴ_ｉｎを使用して、ギヤ・セット・モデルＧＳＭによる、すなわち以前に説明したクラッチ・トルク・アルゴリズムによる望ましいクラッチ・トルク容量Ｔ_Ｌ、Ｔ_Ｈを決定する。例えば、上述したようなクラッチ・モデルＣＬＭを使用して、上記望ましいクラッチ・トルク容量Ｔ_Ｌ、Ｔ_Ｈを実現するために必要なロークラッチＬおよびハイクラッチＨそれぞれの締め付け力Ｆ_ＬおよびＦ_Ｈを入手する。最後に、上記締め付け力Ｆ_ＬおよびＦ_Ｈを実現するために必要なアクチュエータ制御信号Ｉ_Ｌ、Ｉ_Ｈを、ブロックＣＬＡで決定する。これらアクチュエータ制御信号Ｉ_Ｌ、Ｉ_Ｈは、動力伝達系統制御装置ＤＬＣの出力信号であり、これは適切な制御装置（図示せず）に供給される。概して、これらのアクチュエータ制御信号Ｉ_Ｌ、Ｉ_Ｈは、それぞれが１つの個々のクラッチ係合圧力Ｃ_Ｐを制御する電子的に制御可能な圧力弁を操作するために使用する電流であり、信号Ｉ_Ｌ、Ｉ_Ｈは、弁に供給する起動信号とそれに応答して設定される圧力との間の依存性を与える圧力弁の特性を使用して入手することができる。

図６にも示した本発明によるブロック図をさらに洗練する際に、ＤＬＣに起こり得る不正確さおよび偏差のため、実際に実現された変速機速度比ｉ＿ｇｅａｒのＤＬＣへのフィードバックを、変速機出力シャフト（８）および入力シャフト（７）の回転速度の測定に基づいて制御方法に組み込むことができる。本発明によれば、これは、好適には、瞬間的に望ましい速度比ｉ＿ｇｅａｒｓｅｔ（ｔ）と実際に実現された変速機速度比ｉ＿ｇｅａｒとの差によるトルク補正信号Ｔ_Ｃを生成することによって実現することが好ましく、このトルク補正信号Ｔ_Ｃを、ＤＬＭによって決定されたギヤ・セット入力トルクＴ_ｉｎに追加する。一般的に周知のＰＩＤまたはＰＩ制御装置をこの目的に適用することができる。代替的または追加的に、実際と望ましい変速比との間の上記差を、エンジン・トルクＴ_ｅｎｇ信号を表すＤＬＣ入力信号、またはエンジン・トルクＴ_ｅｎｇの推定に使用する方法の適合に使用することができる。

動力伝達系統がギヤ・セットＧばかりでなく、図７で示すような連続可変変速機ＣＶＴも備える場合、およびこれら２つの動力伝達系統構成要素の変速機速度比が同時にシフトすることが望ましい場合、上記２つの構成要素の個々の比率シフトは、上記２つの慣性構成要素１と２との間の全体的速度比を滑らかに変化させるかまたは場合によっては一定にするために、制御され相互に適合した方法で実行しなければならないことがある。上記で提示したクラッチ・トゥ・クラッチのシフト制御装置は、例えば、欧州特許第０ ７８７ ９２７号から周知のこのタイプの動力伝達系統構成のために開発されているので、動力伝達系統の全体的出力／入力速度比ω_ｖｅｈ／ω_ｅｎｇは、ギヤ・セットＧのギヤシフト中ほぼ一定であることが望ましいと考えることができる。これは、ギヤ・セットＧの変速機速度比がクラッチ・トゥ・クラッチのシフト中、時間ｔの関数として規定の軌跡ｉ＿ｇｅａｒｓｅｔにより変化する場合、ＣＶＴの比率変化の軌跡は、このような軌跡の逆関数より大きいかまたは小さくすべきであることを示唆する。この構成で、エンジンの回転速度ω_ｅｎｇは、入力シャフト７のそれとは異なってもよい。すなわち、上述した等式（１）および（２）では、変速機入力シャフト７およびエンジンω_ｅｎｇの回転速度は別個に考慮すべきであり、それぞれがＪ_ｉｎｐの関連する構成要素に関連する。

動力伝達系統のモデル化した図である。 段付き自動変速機のトルク・レベルおよびクラッチ・トルク容量を規定する図である。 プラスの入力トルクで典型的なアップシフトを実行する間の時間に対するギヤ・セット速度比およびいくつかのトルク・レベルおよびクラッチ・トルク容量のグラフである。 本発明による制御方法の状態機械を示す図である。 摩擦要素のモデル化した図である。 本発明による制御方法のブロック図である。 連続可変変速機を組み込む動力伝達系統を示す図である。

符号の説明

１、２ 慣性構成要素
３、６ 第１の動力伝達経路
３、４、５、６ 第２の動力伝達経路
７ 入力シャフト
８ 出力シャフト
９、１０ クラッチ・プレート
１１ クラッチ入力シャフト
１２ クラッチ出力シャフト

Claims (10)

1. 別個の速度比にて２つの慣性構成要素（１；２）間で動力を伝達するための段付き自動変速機のギヤシフトを実行するための制御方法であって、慣性構成要素が少なくともそれぞれエンジンおよび負荷を表し、変速機が、第１の動力伝達経路（３，Ｈ，６）および第２の動力伝達経路（３，４，Ｌ，５，６）を間に設けた入力シャフト（７）および出力シャフト（８）を備え、前記動力伝達経路（３，Ｈ，６；３，４，Ｌ，５，６）にはそれぞれ、調整可能なトルク伝達容量Ｔ_Ｈを有するハイクラッチ（Ｈ）、および調整可能なトルク伝達容量Ｔ_Ｌを有するロークラッチ（Ｌ）が設けられ、
   前記入力シャフト（７）から前記出力シャフト（８）への方向に前記変速機によって伝達されるギヤ・セット入力トルクＴ_ｉｎを決定するステップと、
   ａ）Ｔ_ｉｎ≧０である場合は、Ｔ_Ｈ＝Ｔ_ｉｎおよびＴ_Ｌ＝０、
   ｂ）Ｔ_ｉｎ＜０である場合は、Ｔ_Ｈ＝０およびＴ_Ｌ＝Ｔ_ｉｎ、
   となるように伝達される前記ギヤ・セット入力トルクＴ_ｉｎにより、前記トルク伝達容量Ｔ_ＨおよびＴ_Ｌを制御するステップとを含む制御方法。
2. 前記方法が、
   ギヤシフト中に前記出力シャフト（８）および前記入力シャフト（７）の速度比の時間軌道（ｉ＿ｇｅａｒｓｅｔ）に対する望ましい速度比を規定するステップと、
   少なくとも前記エンジンによって生成または消費されるエンジン・トルクＴ_ｅｎｇにより、前記ギヤ・セット入力トルクＴ_ｉｎを決定するステップとをさらに含み、入力トルクＴ_ｉｎは、前記速度比軌道（ｉ＿ｇｅａｒｓｅｔ）によって規定された瞬間的に望ましい速度比（ｉ＿ｇｅａｒｓｅｔ（ｔ））を実現するために必要であることを特徴とする、請求項１に記載の制御方法。
3. 前記規定の望ましい速度比軌道（ｉ＿ｇｅａｒｓｅｔ（ｔ））が、その数学的導関数が時間（ｔ）により減少するように画定され、好適には、前記規定の望ましい速度比軌道（ｉ＿ｇｅａｒｓｅｔ）が前記時間（ｔ）の放物線型関数であることを特徴とする、請求項２に記載の制御方法。
4. 前記ギヤ・セット入力トルクＴ_ｉｎが下式によって決定され、
   T_in=T_eng-J_inp・｛d(i_gearset(t)/dt・ω_veh+i_gearset(t)・d(ω_veh)/dt｝
   ここで、Ｊ_ｉｎｐが、前記入力シャフト（７）に関連する前記慣性構成要素（１）の慣性であり、ω_ｖｅｈが前記出力シャフトの回転速度であることを特徴とする、請求項２または３に記載の制御方法。
5. 前記方法が、
   実際の変速機速度比（ｉ＿ｇｅａｒ）を決定するステップと、
   前記規定の速度比（ｉ＿ｇｅａｒｓｅｔ（ｔ））と前記実際の変速機速度比（ｉ＿ｇｅａｒ）との差を決定するステップと、
   前記決定された差により、前記決定されたギヤ・セットの入力トルクＴ_ｉｎまたは前記決定されたエンジン・トルクＴ_ｅｎｇを修正するステップとをさらに含むことを特徴とする、請求項１〜４項のいずれか１項に記載の制御方法。
6. 別個の速度比にて２つの慣性構成要素（１；２）間で動力を伝達するための段付き自動変速機を制御するための制御方法であって、慣性構成要素が少なくともそれぞれエンジンおよび負荷を表し、変速機が、第１の動力伝達経路（３，Ｈ，６）および第２の動力伝達経路（３，４，Ｌ，５，６）を間に設けた入力シャフト（７）および出力シャフト（８）を備え、前記動力伝達経路（３，Ｈ，６；３，４，Ｌ，５，６）にはそれぞれ、調整可能なトルク伝達容量Ｔ_Ｈを有するハイクラッチ（Ｈ）、および調整可能なトルク伝達容量Ｔ_Ｌを有するロークラッチ（Ｌ）が設けられ、
   瞬間的に望ましいギヤ比を決定するステップと、
   前記入力シャフト（７）から前記出力シャフト（８）への方向で前記変速機が伝達する入力トルクＴ_ｉｎを設定するステップと、
   ａ）Ｔ_ｉｎ≧０である場合は、Ｔ_Ｈ＝Ｓｆ・Ｔ_ｉｎおよびＴ_Ｌ＝０、
   ｂ）Ｔ_ｉｎ＜０である場合は、Ｔ_Ｈ＝０およびＴ_Ｌ＝Ｓｆ・Ｔ_ｉｎ、
   となるよう伝達される前記ギヤ・セット入力トルクＴ_ｉｎにより、前記トルク伝達容量Ｔ_ＨおよびＴ_Ｌを制御するステップとを含み、
   ここで、前記変速機の速度比を一定にする場合は、Ｓｆ≧１であり、
   前記変速機のギヤシフトを実行する場合は、Ｓｆ＝１である制御方法。
7. 請求項２から６のいずれか１項に記載の制御方法を実行するために設計された段付き自動変速機用動力伝達系統制御装置（ＤＬＣ）であって、前記制御装置（ＤＬＣ）に、
   前記瞬間的に望ましい速度比（ｉ＿ｇｅａｒｓｅｔ（ｔ））を決定する手段と、
   ギヤ・セット入力トルクＴ_ｉｎ（ＤＬＭ）を決定する手段と、
   前記望ましいクラッチ・トルク容量Ｔ_Ｈ、Ｔ_Ｌ（ＧＳＭ）を決定する手段と、
   望ましい締め付け力Ｆ_Ｈ、Ｆ_Ｌ（ＣＬＭ）を決定する手段と、
   アクチュエータ制御信号Ｉ_Ｈ、Ｉ_Ｌ（ＣＬＡ）を決定する手段とを設け、これらの信号が前記動力伝達系統制御装置（ＤＬＣ）の出力信号であることを特徴とする動力伝達系統制御装置（ＤＬＣ）。
8. 前記動力伝達系統制御装置（ＤＬＣ）に、少なくとも前記エンジントルクＴ_ｅｎｇおよび前記実際の変速機速度比（ｉ＿ｇｅａｒ）を表す入力信号を受信するための入力部と、前記規定の速度比（ｉ＿ｇｅａｒｓｅｔ（ｔ））と前記実際の変速機速度比（ｉ＿ｇｅａｒ）との差によりトルク修正信号Ｔ_Ｃを決定するための手段（ＰＩ）とを設ける、請求項７に記載の動力伝達系統制御装置（ＤＬＣ）。
9. 請求項７または８に記載の動力伝達系統制御装置を設けた段付き自動変速機。
10. 動力伝達系統に連続可変変速機（ＣＶＴ）も設ける、請求項９に記載の段付き自動変速機を設けた動力伝達系統。

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