JP2005535508A - 車両の駆動系を制御するための方法 - Google Patents

車両の駆動系を制御するための方法 Download PDF

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Abstract

記載されるのは、原動機と多群変速機と出力部と制御機構とを有する車両、特にオフロード車の駆動系を制御するための方法であって、多群変速機が少なくとも、自動変速機と、その後段のレンジ群とからなり、レンジ群の変速比を変更するとき、
ａ）駆動系が原動機のトルクの変更によって負担軽減され、
ｂ）レンジ群の遮断されるべき切換要素が遮断され、
ｃ）レンジ群の接続されるべき切換要素が同期され接続され、
ｄ）多群変速機の変速比の変更がレンジ群の変速比を単独で変更する場合よりも小さくなるように、自動変速機の変速比が変更されるものである。
原動機の回転数は、自動変速機の少なくとも１つの切換要素の伝達能力を変更することによって、多群変速機の調整されるべき変速比に等価な接続回転数に調整され、この接続回転数においてレンジ群の接続されるべき切換要素が同期している。

Description

本発明は、請求項１の前文に詳しく定義した種類の車両の駆動系を制御するための方法に関する。
実務において、原動機によって生成される駆動トルクは変速機ユニットを介して車両の出力部に案内される。その際、原動機は変速機ユニットおよび出力部とでいわゆる駆動系を成し、これが制御機構によって制御される。
極力少ない歯車対偶において極力多くの変速段を提供できるようにするために、変速機ユニットは多群変速機として実施されるが、これはこれで個々の直列に接続された複数の変速機群の組合せである。変速機群とは一般にいわゆる前置群、主変速機および後置群のことであり、後置群はレンジ群（レンジ切換ユニット）とも称される。多群変速機の主変速機が自動変速機として実施されている場合、多くの変速段において高い切換快適性が提供される。このような自動変速機は例えば前進走行用の６つの変速段と１つの後退段とを有することができる。
多群変速機のレンジ群は、レンジ群の入力回転数が常に「減速」に変速され、その際同時に高いトルク上昇が起きることを特徴としている。レンジ群の高い出力トルクが主変速機に通されるのを防止するためにレンジ群は多群変速機の主変速機の主に後段（下流側）に設けられる。多群変速機の後置群すなわちレンジ群は、実務においてしばしば副軸変速機群または遊星歯車変速機群のいずれかとして実施され、遊星歯車変速機群は副軸変速機群と比べて一層コンパクトな選択案である。
レンジ群の変速比の変更は切換要素によって行われ、この切換要素を用いて第１変速比（”low”（「低速」））と第２変速比（”high”（「高速」））との間で切換が行われる。主変速機と組合せてレンジ群内で第１変速比”low”が接続されているとき運転者に提供される変速比範囲は勾配の大きいオフロードにおいて低い車両速度で車両を運転するのに有利である。
レンジ群の第２変速比”high”は損失が少なく、通常のオフロード条件において走行速度が高い場合でもレンジ群において好ましくは第２変速比”high”を接続すべきであろう。
レンジ群の変速比の変更はレンジ群内で、多群変速機の変速比も、高い変速ステップを引き起こす。シフト中に出力速度が実質一定に留まる場合、シフト前の原動機駆動回転数と多群変速機の「新しい」変速比の原動機駆動回転数との間の差回転数が大きく、この新しい変速比ではレンジ群の接続されるべき切換要素が出力回転数に関して同期している。しかしこのように高い差回転数は、原動機の差回転数を補償するために原動機の駆動トルクが変更される比較的長い適合段階によって、長い切換時間もしくは長い牽引力中断時間の原因となる。これは、原動機の駆動回転数を下げねばならない場合に特に問題である。
切換時間を短縮するために、レンジ群の変速比の変更中に同時に、多群変速機の変速比変更、従って駆動回転数の差回転数が低減されるようなシフトを主変速機内で実行することに移行された。
しかし欠点として、短い牽引力中断時間でシフトを実行できるように迅速に原動機の差回転数を補償するには原動機の惰行トルクが十分でなく、これは特に勾配が大きいとき走行運転を著しく損なう。
そこで本発明の課題は、短い牽引力中断時間でレンジ群内で変速比変更を実行可能とする車両の駆動系を制御するための方法を提供することである。
本発明によればこの課題は請求項１の特徴による方法で解決される。
本発明による方法ではレンジ群の変速比を変更するとき、原動機の回転数が、自動変速機の少なくとも１つの切換要素の伝達能力の変更を介して、多群変速機の調整されるべき変速比に等価な接続回転数に調整され、この接続回転数においてレンジ群の接続されるべき切換要素が同期しており、この方法でもって牽引力中断時間が有利なことに本質的に短縮される。
これは、例えば自動変速機のブレーキの伝達能力を高めると、必要な場合にブレーキを介して原動機を減速させることができ、シフト前の駆動回転数とシフト時点における駆動回転数との間の差回転数の補償が、原動機の駆動トルク低減時に差回転数を原動機の惰行トルクのみによって補償する場合よりもかなり迅速に行われることから生じる。
自動変速機の少なくとも１つの切換要素の伝達能力の調整と並行して起きる自動変速機内での逆シフトは付加的に、レンジ群の変速比の変更時に、多群変速機の出力変速比の原動機回転数と多群変速機の調整されるべき新たな変速比の原動機回転数との間の差回転数の低減ももたらす。こうしてごく短い牽引力中断時間が達成される。
本発明による方法の有利な変更態様では、レンジ群の変速比変更時に自動変速機の切換要素の制御を介してレンジ群の接続されるべき切換要素の同期化が実行される。これにより、有利なことにレンジ群内で機械的（つまり個別部材としての、またはレンジ群の切換要素に一体化された）同期機構は省くことができる。その場合有利なことに、実務の方から知られている多群変速機と比べて本質的に少ない設計支出でレンジ群を実施する可能性が得られ、これによりレンジ群は取付空間の需要が一層少なくなる。
さらに、レンジ群の変速比の変更時に自動変速機を介してレンジ群を同期化すると、僅かな取付空間を必要としかつ僅かな製造費を引き起こす高トルクを伝達可能な形状かみ合い式切換要素として、主にかみ合いクラッチとして、レンジ群の切換要素を実施することができる利点が得られる。
付加的に利点として、レンジ群内で機械的同期機構が省かれることによって、レンジ群の開放された機械的同期機構のドラグトルクが減少し、レンジ群内での熱発生が本質的に低減される。ドラグトルクは機械的同期機構において、摩擦かみ合い式クラッチまたはブレーキの摩擦ライニングの間で油によって引き起こされる液体摩擦によって実質的に発生する。
本発明に係る方法の他の主要利点として、自動変速機を介したレンジ群の同期化によって、実務の方から知られている方法に比べて牽引力中断時間がかなり短縮される。というのも、原動機駆動回転数の変更は、必要なら、自動変速機の切換要素の適切な制御を介して短時間で簡単に行うことができるからである。
本発明のその他の利点および有利な諸構成は特許請求の範囲と以下で図面を基に原理的に説明する実施例とから明らかとなる。
図１を参考に説明すると、詳しくは図示しない車両、特にオフロード車の駆動系１が略示されている。駆動系１はこの場合原動機２と発進要素３と多群変速機４とからなる。原動機２は内燃機関として実施されており、この駆動トルクｍ−ｍｏｔは出力軸５を介して、流体トルクコンバータ６を備えて実施される発進要素３に送られる。付加的に発進要素３は被制御コンバータクラッチ７を備えて構成されており、このコンバータクラッチで流体トルクコンバータ６は橋絡可能である。
発進要素３の後段に直列に接続される多群変速機４はこの場合自動変速機８と後段のレンジ群９とで形成されており、自動変速機８が多群変速機４の主変速機である。
この多群変速機４のこの変速機組合せはこの場合パワーシフト自動変速機８と、自動操作式減速段もしくはレンジ群９を有する爪シフト変速機群とからなる。この変速機組合せが電子制御システムを備えており、この制御システムは自動変速機制御装置とレンジ群制御装置と原動機制御装置とからなる。
詳しくは図示しないこれら３つの制御装置は相互に接続されており、駆動系１を制御するのに必要な信号を相互に交換する。自動変速機８とレンジ群９との協調制御によって爪シフトレンジ群９はレンジ群９内で変速比を変更するとき自動変速機８を介して同期化される。レンジ群９の同期化、もしくはレンジ群９のその都度接続されるべき切換要素の同期化は、自動変速機８の切換要素Ａ〜Ｅの好適な制御によって行われる。
自動変速機８が第１遊星歯車組１０を有し、第１遊星歯車組１０のリングギヤ１１が発進要素３と結合されている。複数の遊星が第１遊星歯車組１０のリングギヤ１１と太陽歯車１２との間を転動し、遊星キャリヤ１３上で回転可能に案内されている。第１遊星歯車組１０の遊星キャリヤ１３が切換要素Ａと切換要素Ｂとに結合されており、切換要素Ａ、Ｂは摩擦式多板クラッチとして実施されている。
第１遊星歯車組１０のリングギヤ１１は摩擦式多板クラッチとして構成される切換要素Ｅと結合されている。切換要素Ａ、Ｂ、Ｅを介してそれぞれ第１遊星歯車組１０と二重遊星歯車組として実施される第２遊星歯車組１４との間に結合が実現可能であり、第２遊星歯車組はラビニヨ式遊星歯車組に実質的に一致する。
第２遊星歯車組１４が第１太陽歯車１５と第２太陽歯車１６とを有し、第１太陽歯車１５と共通リングギヤ１７との間、そして第２太陽歯車１６と共通リングギヤ１７との間をそれぞれ複数の遊星が転動し、これらの遊星は第２遊星歯車組１４の第１遊星キャリヤ１８もしくは第２遊星キャリヤ１９上で回転可能に保持されている。
第１遊星歯車組１０の太陽歯車１２は自動変速機８の変速機ケース２０内で定置式に固定されている。第２遊星歯車組１４の第２太陽歯車１６は主に、摩擦式多板ブレーキとして実施される切換要素Ｃを介して変速機ケース２０と結合されている。さらに第２遊星歯車組１４の第２遊星キャリヤ１９は摩擦式多板ブレーキとして実施される切換要素Ｄを介して、変速機ケース２０内に定置式に配置される部材と、または直接に変速機ケース２０と、結合可能である。
第２遊星歯車組の共通リングギヤ１７がレンジ群９の太陽歯車２１と結合されており、レンジ群９の太陽歯車２１とリングギヤ２２との間を転動する複数の遊星はレンジ群９の遊星キャリヤ２３上で回転可能に支承されており、この遊星キャリヤはやはり出力部と結合されている。
レンジ群９の第１変速比“low”を実現するために、リングギヤ２２がレンジ群９の変速機ケース２０Ａと回転不可能に結合されているように、レンジ群９のリングギヤ２２は第１切換要素２４を介してレンジ群９の変速機ケース２０Ａと結合可能である。レンジ群９の第２変速比段“high”が係合しているのは、第１切換要素２４が開放もしくは解除され、リングギヤ２２と遊星キャリヤ２３との間に配置されるレンジ群９の第２切換要素２５が閉じてリングギヤ２２を遊星キャリヤ２３と結合しているときである。
図２に示す自動変速機選択レバー２６を介して運転者によってさまざまな設定が選択可能である。自動変速機選択レバー２６のさまざまな位置“Ｏ”、“Ｐ”、“Ｒ”、“Ｎ”、“Ｄ”が可能であり、これらの位置はラスタ化（Rastierung）によって運転者にとって認識可能に相互に分離されている。自動変速機選択レバー２６の位置“Ｏ”（Offroad，オフロード）、“Ｄ”（Drive，ドライブ）においてそれぞれ走行方向として車両の「前進走行」が選択されている。位置“Ｐ”（駐車）は車両停止状態のとき係合され、車両の出力部はロックされている。位置“Ｒ”（後退）は後退段を係合するために選択され、位置“Ｎ”（中立）では原動機２から車両出力部への駆動系１のパワーフローが多群変速機４の領域で中断されている。
自動変速機選択レバー２６の前進走行用位置“Ｏ”、“Ｄ”もしくはそれに伴う機能は異なっており、選択レバー位置“Ｄ”が選択されるとレンジ群９内で変速比“high”が係合され、図３に示すように走行運転用に多群変速機４の６つのギヤ段“III-H”、“IV”、“V”、“VI”、“VII”、“VIII”が自動変速機８の変速比“Ａ１”、“Ａ２”、“Ａ３”、“Ａ４”、“Ａ５”または“Ａ６”に依存して利用可能である。多群変速機４の総変速比はこの場合例えば４．１７〜０．６９の範囲内の値を占める。
多群変速機４の個々のギヤ段“III-H”、“IV”、“V”、“VI”、“VII”、“VIII”の間の切換はそれぞれ自動変速機８の変速比の変更によって行われ、これは主に所定のまたは選択された切換プログラムに応じて行われ、この切換プログラムは例えば多群変速機２４または自動変速機８の制御装置に格納されている。
運転者が自動変速機選択レバー２６を介して位置“Ｏ”を選択すると、多群変速機４を介してギヤ段“III-H”、“IV”、“V”、“VI”、“VII”、“VIII”の他に３つの他のギヤ段“I”、“II”、“III-L”を実現することができる。ギヤ段“I”、“II”、“III-L”が利用できるのは、レンジ群９内で変速比“low”が調整され、自動変速機８内でそれぞれ第１変速比“Ａ１”、第２変速比“Ａ２”または第３変速比“Ａ３”が係合されているときである。多群変速機４の変速比はその場合例えば１１．３〜０．６９の値を占める。
さらに自動変速機選択レバー２６の位置“Ｏ”のとき、その都度作動される切換プログラムより上位の運転戦略に基づいて駆動系の特定運転点でレンジ群９の変速比は変速比段“low”から変速比段“high”への変更が自動的に行われる。同時に自動変速機内で変速比“Ａ３”から変速比“Ａ１”へと切換えられる。多群変速機４の切換過程は自動変速機８およびレンジ群９の好適な制御を介して完全に自動的に実行され、これにより自動車運転者が負担軽減される。
さらに、レンジ群９の変速比“low”もしくは“high”の前記上位の運転戦略による選択は自動変速機８およびレンジ群９の「無意味な」変速比組合せが防止されるように行われる。
「無意味な」変速比組合せとは、レンジ群９のきわめて高い入力回転数が存在することになるような自動変速機８およびレンジ群９の個別変速比の組合せのことである。これは例えば、切換プログラムによって要求される多群変速機４の変速比を調整するためにレンジ群９内で変速比“low”が係合され、自動変速機８内で変速比“Ａ５”が係合されねばならない場合である。
自動変速機８の「小さい」変速比をレンジ群９の変速比“low”と組合せるとレンジ群内できわめて高い入力回転数が現れ、これが多群変速機４の低い効率を引き起こすので、多群変速機４のその都度要求される変速比を実現するためにレンジ群９内の変速比は“low”から“high”へと変更され、自動変速機内では多群変速機４の要求された変速比を実現するために「一層大きな」変速比が自動的に係合される。するとレンジ群９の入力回転数が低減され、レンジ群９が“high”で運転され、こうして多群変速機４の効率が著しく改善される。そのことからやはりレンジ群９内で熱発生が減少し、車両もしくは原動機２の燃料消費量が減少する。
レンジ群９の変速比の切換もしくは変更を極力少ない牽引力中断時間で実行できるようにするために、多群変速機４もしくは駆動系１のまったく特定の運転状態の間に変更は行われる。
図３が棒グラフを示しており、棒の高さは多群変速機４の変速比の定量値をそれぞれ示す。多群変速機４の変速比はそれぞれ自動変速機８の変速比とレンジ群９の変速比との組合せによって生じ、それぞれ多群変速機４のさまざまなギヤ段“I”、“II”、“III-L”、“III-H”、“IV”、“V”、“VI”、“VII”、“VIII”の１つに一致する。
その際特徴的な点として、多群変速機４のギヤ段“III-L”、“III-H”の変速比は自動変速機８およびレンジ群９の好適な等級区分によってほぼ同じである。多群変速機４の両方のギヤ段“III-L”、“III-H”は、多群変速機４の他のすべてのギヤ段と同様に、自動変速機４およびレンジ群９の変速比の特定組合せによって調整される。多群変速機４がギヤ段“III-L”のとき自動変速機８内では変速比“Ａ３”が係合され、同時にレンジ群９内で変速比“low”が係合されている。これとは異なり、多群変速機４がギヤ段“III-H”のとき自動変速機８内で変速比“Ａ１”が係合され、レンジ群９内で変速比“high”が係合されている。
自動変速機選択レバー２６の位置“Ｏ”が選択されると、レンジ群９内に特定運転状態の存在するとき変速比“low”から“high”または逆方向へと切換えられる。この運転状態が図４に例示的に円３０で表してある。
多群変速機４の変速比がギヤ段“III-L”、“III-H”においてほぼ同じであることによって、図４に原動機２の回転数ｎ−ｍｏｔにわたってプロットされた車速ｖ−ｆｚｇの曲線はほぼ同じである。ギヤ段“III-L”の原動機２の回転数ｎ−ｍｏｔは特定車速ｖ−ｆｚｇのときギヤ段“III-H”の原動機２の回転数ｎ−ｍｏｔにまたはその逆にほぼ一致する。
駆動系１のこの運転状態のときレンジ群９内の変速比が“low”から“high”に変更される場合、変速比の変更はごく短い牽引力中断時間で実行することができる。というのも、原動機２の回転数ｎ−ｍｏｔはレンジ群９内で変速比を切り換える間ほぼ同じに留まり、多群変速機４の変速機内部の回転質量が互いに同期化されねばならないだけであるからである。
図４は回転数‐速度線図を示しており、書き込まれた線は車速ｖ−ｆｚｇの曲線を多群変速機４のさまざまな変速比の原動機２の回転数ｎ−ｍｏｔにわたってそれぞれ示す。多群変速機４の変速比は自動変速機８の変速比と２つの変速比段を有するレンジ群９の変速比との組合せからそれぞれ形成される。
個々の曲線は文字“Ａ”と数字“１”〜“６”の１つとでそれぞれ表してあり、数字は自動変速機８内で係合された変速比を全体で表す。さらに数字に文字“Ｈ”または文字“Ｌ”のいずれかが続き、文字“Ｌ”はレンジ群９の変速比“low”を表し、文字“Ｈ”は変速比“high”を表す。
例えば表示“Ａ２Ｈ”から明らかとなるのは、これで表される車速ｖ−ｆｚｇの曲線が多群変速機４の変速比において生じ、この変速比が自動変速機８の第２変速比“Ａ２”とレンジ群９の変速比“high”との組合せから生じかつ多群変速機４のギヤ段“IV”に一致することである。
図４の回転数‐速度線図から明らかとなるように、原動機２の回転数ｎ−ｍｏｔにわたる車速ｖ−ｆｚｇの曲線は、自動変速機内で変速比“Ａ３”が、またレンジ群内で変速比段“low”が同時に係合されているとき、または自動変速機８内で変速比“Ａ１”が係合され、またレンジ群９内で変速比段“high”が同時に接続されているとき、ほぼ同一である。
この知識から図３の図に関連してわかるように、レンジ群内で“low”から“high”または“high”から“low”への変速比段の切換えが特別好ましいのは、同時に自動変速機内で変速比“Ａ３”から出発して変速比“Ａ１”またはその逆へと変速比の切換が行われるときである。その際、多群変速機４の変速比は実質的に同じに留まり、それゆえに、多群変速機４の求められる変速比の原動機２の回転数の接続回転数でレンジ群９が同期化されているが、この接続回転数は多群変速機の実際に係合された変速比の原動機２の回転数に実質等しい。
すなわち、レンジ群９の変速比を切り換えるとき原動機２の回転数の適合は起きず、レンジ群９の接続されるべき切換要素の同期化は、また自動変速機８の接続されるべき切換要素の同期化も、原動機の回転数にかかわりなくごく短時間で、主に０．１〜０．２秒の範囲内、特に約０．１５秒で、実行することができる。
これは、実務の方から知られている従来の切換戦略に比べて牽引力中断時間のかなりの短縮を意味する。従来の切換戦略では半秒から１秒までの切換時間を実現できるのにすぎず、これはかなりの牽引力中断を意味する。
図４による回転数‐速度線図の曲線“Ａ５Ｌ”、“Ａ２Ｈ”はやはりほぼ同じ曲線を有する。しかし多群変速機４の変速比を実現するための自動変速機８の変速比“Ａ５”とレンジ群９の変速比“low”との変速比組合せは、前記否定的作用のゆえに、制御装置に格納されかつその都度作動中の切換プログラムの上位の運転戦略によっては選択されない。
自動変速機８内で変速比“Ａ５”または変速比“Ａ２”が係合され、レンジ群９内での変速比変更に合わせて自動変速機８内で変速比“Ａ２”から変速比“Ａ５”またはその逆方向へと対抗して切り換えられるときに特に、レンジ群９の変速比段“low”と変速比段“high”との間で切換が実行されるように、その都度の応用事例に依存してレンジ群９内での変速比の変更を実行することは当然に専門家の裁量に任されている。
レンジ群９の変速比を“low”から“high”に変更する間の切換時間ｔにわたる複数のトルク曲線が図５に示してある。曲線ｍ−２４は、レンジ群９内でのシフト中にレンジ群９の第１切換要素２４に加わるトルクの曲線を現す。曲線ｍ−２５は、レンジ群９の変速比を変速比段“low”から変速比段“high”に変更する間にレンジ群９の第２切換要素２５に加わるトルクを表す。
これと対応するのが原動機２の曲線ｍ−ｍｏｔ−ｅであり、この曲線は制御装置の設定を表し、いわゆるＥ‐ガス‐トルクと称される。Ｅ‐ガス‐トルクｍ−ｍｏｔ−ｅはシフト中に原動機側で多群変速機４に加わる原動機駆動トルクであり、この駆動トルクは制御装置によって調整される。付加的に示してある曲線ｍ−ｍｏｔ−ｆは運転者から要求される原動機２の駆動トルクの曲線を表すが、しかしこの駆動トルクはレンジ群９内で変速比を変更する間考慮されない。
制御装置に格納される上位の運転戦略に依存して、レンジ群９内で変速比段“low”から変速比段“high”に切り換えるべき信号が出力される場合、原動機２の駆動トルクは駆動系１を負担軽減するためのＥ‐ガス‐トルクの曲線ｍ−ｍｏｔ−ｅに合わせて、かみ合いクラッチとして実施される第１切換要素２４が曲線ｍ−２４に応じて完全に負担軽減されるまで変更される。
引き続き、第１切換要素２４の完全な負担軽減に至るまで一定に保たれるＥ‐ガス‐トルクｍ−ｍｏｔ−ｅは正値の方向に変更される。これに続いてＥ‐ガス‐トルクｍ−ｍｏｔ−ｅはレンジ群９のやはりかみ合いクラッチとして実施される第２切換要素２５の最終的かみ合いに至るまで一定値に制御され、これにより第２切換要素２５の同期化が促進される。
時点Ｔ−ｄｓ以降、すなわち第２切換要素２５の完全かみ合い時点以降、第２切換要素２５のトルクもしくはトルク曲線ｍ−２５が急激に上昇し、これにより自動車の原動機２と出力部との間にパワーフローが実現されている。同時に、Ｅ‐ガス‐トルクｍ−ｍｏｔ−ｅの運転者トルクｍ−ｍｏｔ−ｆへの適合が行われ、これによりレンジ群９内での切換過程もしくは変速比変更が終了する。
図６に示す線図はレンジ群９および自動変速機８内でシフト中の図１による駆動系１のさまざまな構造要素の複数の回転数曲線を示し、自動変速機もしくはその切換要素Ａ〜Ｅを介したレンジ群９の同期化を詳しく表している。回転数ｎが切換時間ｔにわたってプロットされている。
駆動系１の個々の部材のさまざまな回転数曲線はそれぞれ文字ｎと図１の駆動系１の部材の符号とによって詳しく表してある。例えば曲線ｎ−１３は第１遊星歯車組１０の遊星キャリヤ１３の回転数曲線を表す。
レンジ群９の変速比を変更するための切換段階が始まる時点Ｔ−０に、Ｅ‐ガス‐トルクｍ−ｍｏｔ−ｅは図５に示す曲線に合わせて変更される。制御装置によって開始される措置はさしあたり図６に示す回転数曲線ｎ−１３、ｎ−１５、ｎ−１６、ｎ−１７、ｎ−１８、ｎ−１９、ｎ−２２、ｎ−２３と原動機２の駆動回転数曲線ｎ−ｍｏｔとに影響しない。切換時間ｔが増すのに伴ってレンジ群９の第１切換要素２４のトルクｍ−２４はゼロにまで低下され、レンジ群９の第１切換要素２４が開放される。
すなわち、レンジ群９のリングギヤ２３がレンジ群９の変速機ケース２０Ａから解除され、回転可能となる。この時点以降、レンジ群９のリングギヤ２２の回転数曲線ｎ−２２はレンジ群９の遊星キャリヤ２３の回転数ｎ−２３の方向にゆっくりと上昇する。
時点Ｔ−３以降、自動変速機８の接続されるべき切換要素および遮断されるべき切換要素の伝達能力は、第２遊星歯車組１４の第２太陽歯車１６の回転数ｎ−１６、第２遊星歯車組１４の共通リングギヤ１７の回転数ｎ−１７、第２遊星歯車組１４の第１遊星キャリヤ１８の回転数ｎ−１８および第２遊星歯車組１４の第２遊星キャリヤ１９の回転数ｎ−１９が低減されるように調整される。第１遊星歯車組１０の遊星キャリヤ１３の回転数ｎ−１３、第２遊星歯車組１０の第１太陽歯車の回転数ｎ−１５および原動機２の駆動回転数ｎ−ｍｏｔはその際実質的にほぼそのままである。
自動変速機の切換要素の伝達能力の調整は、Ｅ‐ガス‐トルクｍ−ｍｏｔ−ｅの設定と組合せて、レンジ群９のリングギヤ２２の回転数ｎ−２２が回転数ｎ−２３に接近して回転数ｎ−２２、ｎ−２３が同一となるに至ることを引き起こす。この時点にレンジ群９の第２切換要素２５は同期化し、かみ合わせもしくは閉じることができる。この時点が図６に時点Ｔ−２で詳しく示してある。
時点Ｔ−ｄｓに位置センサによってレンジ群９の第２切換要素２５のかみ合いが検知され、Ｅ‐ガス‐トルクｍ−ｍｏｔ−ｅは運転者トルクｍ−ｍｏｔ−ｆに接近する。
図７〜図１１の図はそれぞれ図２〜図６の図に実質的に一致する。図７〜図１１を基に以下では自動変速機８およびレンジ群９の変速比を変更する間の図１による駆動系１の個々の運転パラメータの挙動が述べられる。駆動系１の制御は本発明による方法の１実施に相応して行われるが、この実施は図２〜図６に関して述べた実施の選択案である。図７〜図１１の説明において構造上および機能上同じ部材には理解を助けるために図１〜図６の説明におけると同じ符号が使用される。
図７は選択レバー位置“Ｄ”、“Ｎ”、“Ｒ”、“Ｐ”を有する自動変速機選択レバー２６を示す。レンジ群９内で変速比段“low”、“high”を運転者側で設定するための選択スイッチ２７が自動変速機選択レバー２６と組合せられている。選択スイッチ２７を介した運転者要求設定のときレンジ群９内でその都度要求された変速比段“low”または“high”が係合されるように、選択スイッチ２７は駆動系１の制御装置と連結されている。
レンジ群９内でその都度係合された変速比に依存して多群変速機４の個々のギヤ段“I”、“II”、“III”、“IV”、“V”、“VI”は図８に棒グラフで示した変速比を有する。棒の全高は、レンジ群９内で変速比“low”が係合されているときの多群変速機４の個々のギヤ段“I”、“II”、“III”、“IV”、“V”、“VI”の１変速比にそれぞれ相当する。多群変速機４の個々のギヤ段“I”、“II”、“III”、“IV”、“V”、“VI”は自動変速機の変速比を相応に変更することによってそれぞれ調整され、多群変速機のギヤ段“I”、“II”、“III”、“IV”、“V”、“VI”の各変速比はレンジ群内で係合した変速比に依存している。
レンジ群９内で変速比段“low”が係合している場合、多群変速機４の個々のギヤ段“I”、“II”、“III”、“IV”、“V”、“VI”に対してハッチング棒で示した変速比値が生じる。すなわち、多群変速機４はレンジ群９の変速比段“low”内に６つのギヤを有し、それらの変速比は例えば１１．３〜１．８７の値を占める。レンジ群９内で変速比“high”が係合している場合、多群変速機４はやはり６つのギヤを有し、それらの変速比は例えば４．１７〜０．６９の値を占める。
図９は図４の線図に基本的に一致した回転数‐速度線図を示す。さらに図１０に示してある幾つかのトルク曲線は、レンジ群９内で変速比段“low”から変速比段“high”へと変速比を変更する間に駆動系１のさまざまな部材で生じるものである。付加的に図１１にはレンジ群９内で変速比を変更する間の図１による駆動系１の個々の部材の幾つかの回転数曲線が切換時間ｔにわたってプロットされている。
以下では図９〜図１１に示す線図を基に駆動系１を制御するための方法が述べられるが、この方法によって任意の車速において変速比段“low”から変速比段“high”へのレンジ群９の変速比の変更がごく短い牽引力中断時間で実行可能である。
図９を参考に説明すると、車両運転者は時点Ｔ−０に選択スイッチ２７でレンジ群９内の変速比段“high”を選択し、この時点にレンジ群内では変速比段“low”が係合している。レンジ群９内で変速比“low”が既に係合しているときに運転者がこの変速比を選択すると、運転者要求設定は駆動系１の制御装置内で無視される。
運転者要求設定が駆動系１の制御装置に入り込むと制御装置によって原動機２の駆動トルクが低減され、そのことが図１０にＥ‐ガス‐トルクｍ−ｍｏｔ−ｅの曲線によってグラフで示してある。
原動機２の駆動トルク低減によって駆動系１が負担軽減され、これにより同時にレンジ群９の第１切換要素２４に加わるトルクｍ−２４がゼロに近づく。レンジ群９の第１切換要素２４が完全に負担軽減されたなら、第１切換要素２４が解除され、これによりレンジ群９内で中立状態が調整されている。かみ合いクラッチとして実施される第１切換要素２４はレンジ群９内に配置される電動機を介して開放される。第１切換要素２４の開放状態は詳しくは図示しない位置センサを介して確認される。位置センサの信号は制御装置内で処理される。レンジ群内でのシフトに対応した自動変速機内での逆シフトに関与した自動変速機８の接続されるべき切換要素は制御装置によって制御される。
レンジ群９の変速比の変更に伴って自動変速機８内で相応する逆シフトが車速ｖ−ｆｚｇの変更なしに行われるというやり方の諸利点は図８に矢印２８、２９によって明示されている。自動変速機８内で変速比“Ａ６”の係合時にレンジ群９の変速比を“low”から“high”へと変更するとき自動変速機８内で変速比“Ａ３”への逆シフトが行われる場合、多群変速機の新ギヤの原動機２の接続回転数は多群変速機４の出力変速比“Ａ６Ｌ”における原動機の回転数ｎ−ｍｏｔからの偏差が、自動変速機８内で逆シフトなしの場合よりもはるかに少ない。
自動変速機８内で相応する逆シフトなしの場合に生じるであろう原動機２の接続回転数ｎ−ｍｏｔは図８に他の矢印２９によって示してある。この大きな回転数急変は走行挙動にとって不利である。というのも、その間に原動機の回転数が新しい回転数もしくは接続回転数に調整される補償時間は回転数差が小さい場合よりもはるかに長いからである。補償時間の間に駆動系が負担軽減され、シフトが牽引力中断を引き起こし、場合によってはこの牽引力中断が急勾配での継続走行を不可能とする事実から欠点は生じる。
駆動系１の負担軽減後、従ってレンジ群９の第１切換要素２４の負担軽減後、原動機のトルクもしくはＥ‐ガス‐トルクｍ−ｍｏｔ−ｅは一定に保たれ、引き続く制御段階において図１０に略示した仕方で、原動機のトルクｍ−ｍｏｔに依存しまた原動機２の回転数ｎ−ｍｏｔにも依存してレンジ群９の第２切換要素２５と自動変速機８の新変速比を調整するために接続されるべき自動変速機８の切換要素との同期化が行われるように調整される。
図１１に示した駆動系１の個々の構成要素の回転数曲線は図１０の回転数曲線に一致している。選択スイッチ２７を介してレンジ群９内で変速比“low”から変速比“high”へと変速比を変更するための運転者要求設定が行われる時点Ｔ−０に、シフトに関与する駆動系構成要素の回転数の変更もしくは個々の回転数の曲線変更を引き起こす運転者要求設定に合わせて多群変速機内でシフトが始まる。
原動機２の駆動回転数ｎ−ｍｏｔを極力短い時間内に、運転者要求設定時点Ｔ−０時の多群変速機４のギヤの回転数から多群変速機４の調整されるべきギヤの接続回転数へと案内するために、自動変速機８の接続されるべき切換要素および遮断されるべき切換要素の伝達能力はそれぞれ、原動機２の回転数ｎ−ｍｏｔが図１１に示す曲線を有するように調整される。
時点Ｔ−１に原動機２の回転数ｎ−ｍｏｔが接続回転数ｎ−ｍｏｔ−ａに達しており、この接続回転数は事前に制御装置内で多群変速機４の「新」変速比と実際の車速ｖ−ｆｚｇとに依存して計算される。車速ｖ−ｆｚｇは車両内に存在する詳しくは示さないＡＢＳセンサまたは別の好適な車両装置によって検出される。
原動機２の駆動回転数ｎ−ｍｏｔは前記処理方法によって、Ｅ‐ガス‐トルクによる単独の調整を介した場合よりも本質的に迅速に接続回転数ｎ−ｍｏｔ−ａに移すことができる。この場合原動機２は主に自動変速機９の接続されるべき切換要素の伝達能力を高めることを介して減速される。自動変速機８の接続されるべき切換要素はいわゆる滑り段階で運転され、原動機２をごく短時間で相応する原動機接続回転数へと減速する。自動変速機の接続されるべき切換要素の制御は、摩擦式切換要素の制御下の充填を介して所定程度の伝達能力が存在するように行われる。
時点Ｔ−２に自動変速機８の接続されるべき切換要素とレンジ群９の第２切換要素２５が同期しており、自動変速機８の接続されるべき切換要素と第２切換要素２５は閉じることができ、原動機２から車両出力部へとパワーフローが再び実現されている。同時に、自動変速機８の遮断されるべき切換要素が開放され、駆動系１のパワーフローから外される。
かみ合いクラッチとして実施される第２切換要素２５の完全かみ合いが他の位置センサを介して検知され、原動機２の駆動トルク、すなわちＥ‐ガス‐トルクｍ−ｍｏｔ−ｅは求められる駆動トルクｍ−ｍｏｔ−ｆに接近させられ、継続走行は原動機２の相応する駆動回転数と求められる駆動トルクとで実行される。
多群変速機４のシフトに関与する自動変速機８およびレンジ群９の切換要素の前記同期化の根底には図１１に示す回転数曲線ｎ−１３、ｎ−１５、ｎ−１６、ｎ−１７、ｎ−１８、ｎ−１９、ｎ−２２、ｎ−２３がある。時点Ｔ−０は多群変速機４内での切換段階の開始を意味する。その際、シフトは図６の説明とは異なり自動的に切換えられるのではなく、運転者要求設定に依存して行われる。レンジ群９内で変速比“low”を係合させるための運転者要求設定の生成に伴って自動変速機の切換要素の伝達能力は、回転数ｎ−１３、ｎ−１５、ｎ−１８、ｎ−１９と駆動回転数ｎ−ｍｏｔが低減するように調整される。レンジ群９の遊星キャリヤ２３の回転数ｎ−２３はその際実質的にそのままである。
図１０に示すようにＥ‐ガス‐トルクｍ−ｍｏｔ−ｅの低減を介して駆動トルクｎ−ｍｏｔを低減するとレンジ群９の第１切換要素２４が負担軽減され、この切換要素は時点Ｔ−０直後に開放することができ、レンジ群９のリングギヤ２２の回転数ｎ−２２は切換時間ｔの増加に伴ってレンジ群９の遊星キャリヤ２３の回転数ｎ−２３の方向にゆっくりと上昇する。
原動機２の駆動回転数ｎ−ｍｏｔが接続回転数ｎ−ｍｏｔ−ａに達する時点Ｔ−１以降に自動変速機８の切換要素の伝達能力は、回転数ｎ−１５、ｎ−１７、ｎ−１８、ｎ−１９がさらに低減されかつ第２遊星歯車組１４の第２太陽歯車１６の回転数ｎ−１６がレンジ群９の遊星キャリヤ２３の回転数ｎ−２３の方向に上昇するように調整される。
時点Ｔ−２に回転数ｎ−１５、ｎ−１６、ｎ−１７、ｎ−１８、ｎ−１９、ｎ−２２が回転数ｎ−１３、ｎ−２３に等しく、自動変速機８の接続されるべき切換要素とレンジ群９の第２切換要素２５は同期化しており、閉じることができる。時点Ｔ−ｄｓにレンジ群９の第２切換要素２５の完全かみ合いが位置センサを介して確認され、多群変速機４の切換過程が終了している。
上記両方の実施例はレンジ群内に機械的同期装置を省くことができる利点を有し、これによりドラグトルクが低減され、そのことから燃料消費量が減少する。付加的に機械的同期装置が必要でないことから、爪切換式歯車装置群として実施されるレンジ群において重量、構造空間および費用上の利点が帰結する。
さらに、本発明に係る方法でもって従来の方法に比べて、レンジ群内で変速比を変更する間に牽引力中断時間のかなりの短縮が達成可能である。図２〜図５による実施例ではレンジ群内での変速比の変更が自動的に行われ、これにより運転者は有利なことに負担軽減される。
図６〜図１０による本発明方法の実施により、レンジ群内での変速比を変更するための運転者要求設定の生成でもってレンジ群内での変速比の変更は各車速において僅かな牽引力中断時間で実行可能であり、同時に多群変速機内でのギャチェンジ後、多群変速機の新変速比の適切なエンジン回転数が存在し、これにより走行快適性と走行安全性は特に急傾斜で著しく改善される。
原動機と発進要素と自動変速機およびレンジ群からなる多群変速機とを有する駆動系の略図である。 オフロード位置を有する自動変速機選択レバーの略図である。 多群変速機の変速比と自動変速機およびレンジ群の変速比との関係を示す棒グラフである。 図３による多群変速機の個々のギヤ段について車速曲線と原動機回転数との関係をそれぞれ示す線図である。 多群変速機のレンジ群内で変速比を変更する間に図１による駆動系の部材で生じる幾つかのトルク曲線を示す。 図５に示すトルク曲線に対応した幾つかの曲線を有する回転数‐速度線図である。 レンジ群内で変速比を設定するための選択スイッチと組合せた自動変速機選択レバーの他の実施例を示す。 図７による自動変速機選択レバーおよび選択スイッチを介して制御可能な多群変速機のさまざまなギヤ段を示す棒グラフである。 図８による多群変速機の個々のギヤ段について車速曲線と原動機回転数との関係をそれぞれ示す線図である。 図９に略示した多群変速機レンジ群内での変速比変更中に図１による駆動系の部材で生じる幾つかのトルク曲線を示す。 図１０によるトルク曲線に対応した多群変速機部材の幾つかの回転数曲線を示す。
符号の説明
１ 駆動系
２ 原動機
３ 発進要素
４ 多群変速機
５ 出力軸
６ 流体トルクコンバータ
７ 被制御コンバータクラッチ
８ 自動変速機
９ レンジ群
１０ 第１遊星歯車組
１１ 第１遊星歯車組のリングギヤ
１２ 第１遊星歯車組の太陽歯車
１３ 第１遊星歯車組の遊星キャリヤ
１４ 第２遊星歯車組
１５ 第２遊星歯車組の第１太陽歯車
１６ 第２遊星歯車組の第２太陽歯車
１７ 第２遊星歯車組の共通リングギヤ
１８ 第２遊星歯車組の第１遊星キャリヤ
１９ 第２遊星歯車組の第２遊星キャリヤ
２０ 変速機ケース
２０Ａ レンジ群の変速機ケース
２１ レンジ群の太陽歯車
２２ レンジ群のリングギヤ
２３ レンジ群の遊星キャリヤ
２４ レンジ群の第１切換要素
２５ レンジ群の第２切換要素
２６ 自動変速機選択レバー
２７ 選択スイッチ
２８ 矢印
２９ 矢印
３０ 円
Ａ〜Ｅ 自動変速機の切換要素
“Ｄ” ドライブ、前進走行
“Ａ１”〜“Ａ６” 自動変速機の変速比
Ｈ レンジ群の変速比”high”
Ｌ レンジ群の変速比”low”
ｍ トルク
ｍ−ｍｏｔ−ｅ Ｅ‐ガス‐トルク
ｍ−ｍｏｔ−ｆ 運転者トルク
ｍ−２４ レンジ群第１切換要素のトルク推移
ｍ−２５ レンジ群第２切換要素のトルク推移
ｎ 回転数
“Ｎ” 中立
ｎ−ｍｏｔ 原動機の駆動回転数
ｎ−ｍｏｔ−ａ 接続回転数
“Ｏ” オフロード、前進走行
“Ｐ” 駐車
“Ｒ” 後退走行
“ｔ” 切換時間
“Ｔ” 時点
Ｔ−ｄｓ シフト時点
ｖ−ｆｚｇ 車速
I〜III 多群変速機の変速比
III‐Ｌ 多群変速機の変速比
III‐Ｈ 多群変速機の変速比
IV〜VIII 多群変速機の変速比

Claims (9)

  1. 原動機（２）と多群変速機（４）と出力部と制御機構とを有する車両、特にオフロード車の駆動系（１）を制御するための方法であって、多群変速機（４）が少なくとも、自動変速機（８）と、その後段のレンジ群（９）とからなり、レンジ群（９）の変速比を変更するとき、
    ａ）駆動系（１）が原動機（２）のトルク（ｍ−ｍｏｔ）の変更によって負担軽減され、
    ｂ）レンジ群の遮断されるべき切換要素（２４もしくは２５）が遮断され、
    ｃ）レンジ群（９）の接続されるべき切換要素（２４もしくは２５）が同期され接続され、
    ｄ）多群変速機（４）の変速比の変更がレンジ群（９）の変速比を単独で変更する場合よりも小さくなるように、自動変速機（８）の変速比が変更されるものにおいて、
    原動機（２）の回転数（ｎ−ｍｏｔ）が、自動変速機（８）の少なくとも１つの切換要素の伝達能力を変更することによって、多群変速機（４）の調整されるべき変速比に等価な接続回転数（ｍｏｔ−ａ）に調整され、この接続回転数においてレンジ群（９）の接続されるべき切換要素（２４もしくは２５）が同期していることを特徴とする方法。
  2. レンジ群（９）の変速比の変更中に原動機（２）のトルク（ｍ−ｍｏｔ）を変更するための運転者要求（ｍ−ｍｏｔ−ｆ）が変速比の変更終了をもってはじめて考慮され、原動機（２）の駆動トルク（ｍ−ｍｏｔ）の変更が駆動系（１）の負担軽減のために制御機構によって制御されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
  3. レンジ群（９）の変速比変更後に、原動機（２）のトルク（ｍ−ｍｏｔ）を変更するための運転者要求（ｍ−ｍｏｔ−ｆ）が実行されることを特徴とする、請求項２記載の方法。
  4. 原動機（２）の接続回転数（ｎ−ｍｏｔ−ａ）を調整するために自動変速機（８）の遮断されるべき切換要素の伝達能力が低減され、自動変速機（８）の接続されるべき切換要素の伝達能力が高められることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項記載の方法。
  5. 原動機（２）の接続回転数（ｎ−ｍｏｔ−ａ）が存在するとき、自動変速機（８）の遮断されるべき切換要素の伝達能力が解消される一方、自動変速機（８）の接続されるべき切換要素が滑り運転に保たれることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
  6. 自動変速機（８）の接続されるべき切換要素と、レンジ群（９）の接続されるべき切換要素（２４もしくは２５）が、同期状態で完全に係合されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項記載の方法。
  7. レンジ群（９）の変速比の変更と、それと並行して起きる自動変速機（８）の変速比の変更が、定義された運転状態の存在時に自動的に行われることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項記載の方法。
  8. レンジ群（９）の変速比の変更と、それと並行して起きる自動変速機（８）の変速比の変更が、運転者要求条件の存在時に実行されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項記載の方法。
  9. 制御機構が原動機制御装置と自動変速機制御装置とレンジ群制御装置とを有し、これらの制御装置が互いに接続されて信号を交換し、または自動変速機制御装置とレンジ群制御装置が共通の制御装置内にまとめられていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項記載の方法。
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