JP2007506920A - 自動車の自動変速機内のギヤブレーキの制御および調整のための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、オートマチックカウンターシャフト変速機内のギヤブレーキを制御及び調整するための方法に関している。本発明によれば、ギヤブレーキは、シフトアップ操作中、ギヤ入力軸またはカウンターシャフトを、当該シャフトの回転数（１）がギヤ出力軸回転数および目標ギヤのギヤ比によって予め決められた同期回転数に相応するか、あるいは、クラッチが結合する時点においてそこから所定の範囲内に留まる、というように減速させる。こうするために、ギヤブレーキの停止時間が、カウンターシャフト回転数またはギヤ入力軸回転数の減速傾斜度、および、ギヤ出力軸回転数の傾斜度を用いて計算される。さらに、ギヤシフトの質を一層向上させるために、派生的作動時間を考慮して、計算された停止時間以前にギヤブレーキが停止される。

Description

本発明は、特許請求の範囲の請求項１の上位概念に従う、自動車の自動変速機内のギヤブレーキの制御および調整のための方法に関する。

実践から、入力軸と、当該入力軸と同軸の出力軸と、カウンターシャフトと、を有する手動および自動の変速機が知られている。そのギヤ段数に応じて、ギヤシャフト上には歯車対がある。そこでは、あるギヤシャフト上に固定された固定歯車が別のギヤシャフト上に配置された少なくとも一個の可動歯車とそれぞれ噛合っている。

ギヤシフト操作の際、通常、可動歯車の一つは、そのギヤシャフトと、噛合い式に作用する結合装置を介して、滑らずに結合される。その結果、当該結合装置は全駆動トルクを伝達する。大きな駆動トルクを、単純でスペースを取らず切換容易な手段を使って伝達できるように、好ましくは、噛合い式のクラッチが使用される。しかしながら、噛合い操作またはシフト操作の間、駆動エンジンの牽引力は、別のシフトクラッチおよび発進クラッチによって遮断される。

このようなギヤを簡単に容易に衝撃なく迅速かつ低ノイズで切り換えることができるように、切換え部分は、結合装置に対して、それらが相互に噛合う前に、ほぼ同じ回転数を有していなければならない。このために、ドライブトレーンの駆動側部分を、シフトクラッチないし発進クラッチとそれぞれ切り換わる結合装置との間で、牽引力の遮断中に、車速および目標ギヤ段のギヤ比によって予め決められる回転数に減速または加速する同期化装置が設けられている。低速ギヤから高速ギヤにシフトアップすると、この同期化装置により、ギヤの駆動側部分が減速される。シフトダウンの場合には、当該部分が加速される。

一般の同期化装置は、この加速ないし減速のために、摩擦コーン形状の摩擦クラッチを有している。当該クラッチは、全駆動トルクを伝達するのではなく、ギヤの駆動側部分の回転体の慣性モーメントならびに摩擦による「つれまわり」トルクから生じる同期化作業のみを行わなければならない。そのために、前記同期化装置のサイズは、それに応じて小さくすることができる。

通常、これら噛合い式結合装置のいずれにも、同期化装置が割り当てられている。しかし、センターの同期化装置が複数または全ての噛合い式結合装置に対する同期化作業を担うこともできる。

ギヤシフト操作に関連する機械的な変速操作およびクラッチ操作の負担を自動車運転者から軽減するために、自動変速機では、これら変速操作およびクラッチ操作は、補助動力動作が可能な位置決め装置によって行われる。この位置決め装置は、制御および調整装置によって制動される、そのためにこのような制御および調整装置は、自動車のセンサーデータから、その時々の変速操作に関する運転者の意向を検出し、記憶された制御および調整プログラムを使って、ギヤ内でのシフト経過を根本から制御および調整する。

このような自動変速機の場合、同期化過程は、例えば、シフトダウン操作の場合にはギヤ入力軸またはカウンターシャフトの回転数がエンジン回転数を上げることによって高められ、一方、シフトアップ操作の場合には変速機の駆動側シャフトが減速される、というように制御および調整することができる。このような減速操作を行うために、センターの同期化ギヤは、通常、カウンターシャフトと機械的に結合されているギヤブレーキを備えている。当該ギヤブレーキは、電気、油圧、そしてまた空圧によっても作動可能である。後者の動作方式は、商用車の変速機においてしばしば見ることができる。

例えば、ＤＥ１９６５２９１６Ａ１から、油圧または空圧で操作可能なギヤブレーキを備えた自動変速機が知られている。その場合、ギヤブレーキはカウンターシャフトに作用することができる。さらに、ギヤブレーキの圧力制御バルブは、希望するシフト方法およびその他の走行運転条件に応じて、マイクロプロセッサーによって制御される。

例えばシフトアップの場合、より高いギヤが選択されて、カウンターシャフトが同期化のためにそれに応じて減速されなければならないが、設定されたギヤ比およびセンサーを使って検知されたギヤ出力回転数に基いて、カウンターシャフト用の目標回転数（同期回転数）がマイクロプロセッサーにより算出される。当該目標回転数に到達すると、目的とするギヤ段の可動歯車とカウンターシャフトとの機械的結合が行われ得る。

しかしながら、空圧調整手段では、通常、調整が難しい空気圧のため及び変化する周囲条件のため、このような空圧式ギヤブレーキのブレーキ性能ならびに制動力（ブレーキ勾配）は大きく変動を受ける。必要な回転数枠、即ち、ギヤ入力軸ないし当該軸によって駆動されるカウンターシャフトの実回転数の、具体的なシフト操作のための目標回転数に対する、所定の最大間隔に、到達するために、従来技術により、追加的に、ギヤブレーキの制動傾斜度が測定され、それがギヤブレーキを制御する際にマイクロプロセッサーにより考慮される。そのために、制御バルブは、上述の目標設定値および同期回転数が、該当する可動歯車に連結装置を係合するために達成されるように、マイクロプロセッサーによって制御される。

残念なことに、同期回転数は、シフト操作にとって固定した値ではなく、走行路の傾斜に特に依存する。というのは、シフト操作の間、発進クラッチおよびシフトクラッチが開いている場合や上り坂の場合、車は減速し、それによってギヤ出力回転数が降下する。あるいは、下り坂でサービス（常用）ブレーキを操作しない場合、車は加速するからである。この影響は、従来技術によるギヤブレーキの制御及び調整の方法では、これまで考慮されておらず、その結果、その作動方法はむしろ不完全であった。

それ故、公開されていないＤＥ１０３０５２５４Ａ１から、ギヤブレーキを制御及び調整するための上記値に加えて、ギヤ出力軸の回転数の傾斜（傾斜）が評価される、ということが提案される。この方法により、ギヤ出力軸の回転数は、目標とするギヤ段のギヤ比とともにカウンターシャフトの回転数に関連づけられ、シフト操作に対する環境および/または走行区間の影響は、これまでに知られているよりもよく考慮される。特に、シフト操作の間に発生するギヤ出力軸回転数の急激な変化が、ギヤブレーキの制御及び調整に取り入れられ得る。

さらに、前記ＤＥ１０３０５２５４Ａ１から、ギヤ入力回転数ないしカウンターシャフト回転数の傾斜、及び、前述の出力の影響によって変動するギヤ出力軸回転数の傾斜から、いわゆる合計傾斜が算出され、当該合計傾斜は、同期時点の到達の際に、ギヤブレーキの作動時間についての停止時点を算出するために利用され得る、ということが知られている。それによって、当該停止時点は、ギヤブレーキ摩擦値が変化したり出力回転数傾斜が変動する場合でも、確実で迅速で衝撃のないシフト操作にとって比較的正確に決定され得る。

前述の方法により、ギヤブレーキの作動性能は、すでに著しく改善することができたものの、さらにもっと最適化できる可能性がある。

本発明の課題は、特にシフトアップ操作の場合において、ギヤブレーキの作動性能およびそれにともなう自動変速機のシフト性能を、その最適な停止時点がこれまで以上によく決定できるように、さらに改善すること、である。

本課題の解決は、本発明の主たる請求項の特徴から明らかになり、他方、本発明の有利な形態や更なる形態は、下位請求項から見て取れる。

本発明には、最適なシフトアップ操作を行うためには、ギヤブレーキは、算出された停止時点の前に、次に続く後続作動時間を事前に相殺するために、ある程度のリードタイムを考慮して停止されなければならない、という知識が根底にある。しかしながら、当該リードタイムは、どのギヤブレーキに対しても同一という訳ではなく、実際のところは、むしろ個々のブレーキ毎に拡散する傾向にある。それ故、ギヤブレーキの作動開始特性を改善するために、ギヤブレーキの特性は、その個々の後続作動時間に関して測定されなければならず、そしてこの後続作動時間がギヤブレーキの作動の際に個々に考慮されなければならない。

それ故、本発明に従い、カウンターシャフト変速機として形成される自動変速機のギヤブレーキを制御及び調整するための方法が提案される。当該方法においては、前記自動変速機は、ギヤ入力軸と、当該ギヤ入力軸によって駆動される少なくとも一つのカウンターシャフトと、ギヤ出力軸と、が設けられている。そして、前記方法においては、前記ギヤ入力軸上、前記カウンターシャフト上、および／または、前記ギヤ出力軸上に、可動歯車が回転可能に支持され、及び／または、固定歯車が回転しないように配置されており、これらの歯車は少なくとも対になって相互に噛合った状態にあり、その際、当該可動歯車は、結合装置を使ってギヤの切り換えを行うために、それらのギヤシャフトと滑らずに結合することができる。

さらに、前記自動変速機は、ギヤブレーキをも備えており、これを使ってカウンターシャフトは制御装置によって、シフトアップ操作の際、カウンターシャフトの回転数が噛合い時点で同期回転数に相当するか、あるいは、所定の間隔まで近づく、というように制御可能である。その際、前記ギヤブレーキの停止時点を決定するために、前記カウンター入力回転数乃至ギヤ入力回転数のブレーキ傾斜度並びにギヤ出力軸回転数の傾斜度が考慮される。このような変速機の場合、シフトアップ操作をさらに改善するために、ギヤブレーキが、リードタイムを考慮して、算出された停止時点より以前に停止される、ということが考慮されている。

どのギヤブレーキも限界において個々の動作性能を発揮するので、本発明のある実施の形態では、このリードタイムはさらに、各シフトアップ操作毎の繰り返される当該リードタイムの適合の決定が優先されるものの、自動変速機内に取り付けられたギヤブレーキに対して、少なくとも一回、個別に測定される。さらに当該リードタイムは、通過する（ａｂｓｏｌｖｉｅｒｔｅｎ）シフトアップ操作の品質、特にはシフト操作に関して回転するギヤ構成部品の同期動作を考慮して、評価される。

通過するシフトアップ操作の品質に対する評価基準としては、所定の狭い目標回転数枠の達成が、優先的に利用される。当該目標回転数枠は、ブレーキ介入に基づいてギヤ入力回転数によって達成されることになっている。この場合、当該目標回転数枠の上限回転数は、好ましくは、シフトアップ後に測定可能な目標ギヤ入力回転数の下側になる。

ギヤブレーキの最適な停止時点を決定するために、リードタイムの値は、好ましくは、シフトアップ操作をする度毎に、新たに適合的に決定される。そのために、ギヤ入力回転数の値が、目標回転数枠の上限および下限と比較される。目指される通り、噛合い操作が目標回転数枠内のギヤ入力回転数で行われるとき、当該リードタイムは、少なくとも次のシフトアップ操作には一定であり続ける。

一方、当該噛合い操作が目標回転数枠の外側のギヤ入力回転数で行われるとき、当該リードタイムは、新たに算出される。この方法により、次のシフトアップ操作に対して、ギヤブレーキに関してよりよい停止時点が確定できるようになる。これによって、最終的に、シフトアップ操作のシフト品質が、既知の方法に比べてさらに向上する。

ギヤブレーキを停止するためのリードタイムを新たに算出するために、発明により、二つの異なった方法が提案される。最初の方法では、噛合い操作が回転数に関して目標回転数枠の下側で行われるとき、次のシフトアップ操作のリードタイムが、所定の時間だけ延長されるのに対し、噛合い操作が回転数に関して目標回転数枠の上側で行われるとき、当該リードタイムは所定の時間だけ短縮される。

この所定の時間は、好ましくは、比較的短い時間である。この場合、いくつかのシフトアップ操作の過程で、最適なシフトアップクオリティーを約束する目標回転数枠が確実に達成できる。

第二の方法では、新たなリードタイムを計算するために、まずシフトアップ操作が行われている間のギヤ入力軸の最大回転数傾斜度が決定され、次に噛合い操作中のギヤ入力回転数と目標回転数枠の中間回転数との間の回転数差が測定され、最後に当該回転数差を前記最大回転数傾斜度で割ることにより、次のシフトアップ操作のための変更値が算出される。当該変更値を従来のリードタイムに数学的に適用（加減）することによって、次のシフトアップ操作のための新たなリードタイム値が導き出される。

この第二の方法の使用により、次のシフトアップ操作には新たなリードタイムを使用することによって、格段に向上したシフト操作を行うことができる。

本発明をよりよく理解するために、本説明には図面が添付されている。

図１は、シフトアップ操作にとって重要なギヤ回転数の時間的経過を示す図である。

図２は、図１と同様の図であるが、ギヤ入力回転数の傾斜度を決定するための説明が付いている。

図１に示されたグラフでは、まず、ギヤ入力回転数１の経過が、シフトアップ操作の間の時間にわたって、表示されている。このようなシフトアップ操作の場合に一般的であるように、比較的高い回転数レベルから、ギヤ入力回転数は、図示されていないギヤブレーキの制動作用により、当該ギヤ入力回転数が目標のギヤ入力回転数２に相当するように、あるいは、少なくともこれに非常に近くなるように、制動される。この目標ギヤ入力回転数２は、同期回転の回転数枠４内にあり、そこに達すると、基本的にひとつ上のギヤ段のギヤエレメントの機械的結合が可能になる。

しかしながら、非常に快適なシフトアップ操作を実行するために、ギヤ入力回転数１が目標回転数枠３内にあるように制動され、当該枠は好ましくは同期回転回転数枠４の中央に規定されている、ことが望ましい。さらに、目標回転数枠３の上限が目標ギヤ入力回転数２の下にあるとき、有利と考えられる。ギヤブレーキの停止時点を決定するために、上述したように、カウンター入力回転数ないしギヤ入力回転数のブレーキ傾斜度ならびにギヤ出力軸回転数の傾斜度が考慮される。

図１から分かるように、ギヤ入力回転数１は、ギヤブレーキにより、当該ギヤ入力回転数がその回転数の推移５に伴い、目標回転数枠３内、目標回転数枠の上（回転数推移６）または目標回転数枠の下（回転数推移７）に在るように、制動され得る。最高のシフトアップクオリティーは、当該ギヤブレーキのためによく適合された停止時点によってギヤ入力回転数が目標回転数枠３内に在るときに、達成される。このため、ギヤブレーキは、本発明に従い、リードタイムを考慮して、算出された停止時点の前に停止される。当該リードタイムは、好ましくは、各シフトアップ操作時にまたは各シフトアップ操作後に新たに算出され、当該リードタイムが次のシフトアップ操作に使用され得る。

シフトアップ操作が実施されたばかりで、ギヤ入力回転数が目標回転数枠内に在るときには、このようなリードタイムの新たな計算は、放棄され得る。

次のギヤ段に対するギヤ構成部品の結合が、回転数に関して目標回転数枠３の下で行われる限り（ギヤ入力回転数推移７）、本発明による最初の方法では、次のシフトアップ操作用のリードタイムが所定の時間（幅）だけ増大される。この結果において、ギヤブレーキは、従来のシフトアップ操作の場合ほど長く制動作用せず、それ故、ギヤ入力回転数１のためにより高い値が達成される。

これに対し、結合過程が目標回転数枠３を上回るギヤ入力回転数６のときに行われると、リードタイムは所定の時間（幅）だけ短縮される。この措置により、リードタイムを考慮する停止時点は、事前に計算された停止点により近く接近し、その結果、ギヤブレーキは、以前のシフトアップ操作のときよりも長く制動する。それ故、結果において、ギヤ入力回転数１のためにより低い値が達成される。

上記の両調整操作において、好ましくは、短い時間（幅）が選択され、その分だけリードタイムが短縮または延長される。これによって、少ないシフトアップ操作後に目標回転数枠３に達することが可能になる。

本発明に従うもう一つの方法によると、目標回転数枠３に達するために、まず、ギヤ入力回転数１の最大回転数傾斜度１０がシフトアップ操作中に決定され、それから、結合過程中のギヤ入力回転数８と目標回転数枠３の中心９との間の回転数差１１が測定され、最後にその回転数差１１を最大回転数傾斜度１０で割ることによって、次のシフトアップ操作のための変更値が計算される。次いで、この変更値を最後（最新）のシフトアップ操作のリードタイムに加算ないし減算することによって、次のシフトアップ操作のための新たなリードタイムが算出され、当該リードタイムに対して用意がなされる。

この第二の方法により、すぐ次のシフトアップ操作に対して、明らかに改善されたリードタイムが算出され得る。この場合、最初に挙げた方法と比べると、これに関連する制御装置内で、ごくわずかに大きい計算コストが必要なだけである。

シフトアップ操作にとって重要なギヤ回転数の時間的経過を示す図である。 図１と同様の図であるが、ギヤ入力回転数の傾斜度を決定するための説明が付いている。

Claims (7)

1. カウンターシャフト変速機として形成される自動変速機のギヤブレーキを制御及び調整するための方法であって、
   当該自動変速機は、ギヤ入力軸と、当該ギヤ入力軸によって駆動される少なくとも一つのカウンターシャフトと、ギヤ出力軸と、を備えており、
   前記ギヤ入力軸上、前記カウンターシャフト上、および/または、前記ギヤ出力軸上に、可動（遊離）歯車が回転可能に支持され、及び／または、固定歯車が回転しないように配置されており、これらの歯車は少なくとも対になって相互に噛合った状態にあり、
   その際、当該可動歯車は、結合装置を使ってギヤの切り換えを行うために、それらのギヤシャフトと滑らずに結合可能であり、
   また、前記自動変速機は、ギヤブレーキをも備えており、当該ギヤプレーキで前記カウンターシャフトは制御装置によって、シフトアップ操作の際、カウンターシャフトの回転数が噛合い時点で同期回転数に相当するか、あるいは、所定の間隔まで近づく、というように制御可能であり、
   その際、前記ギヤブレーキの停止時点を決定するために、前記カウンターシャフト入力回転数乃至ギヤ入力回転数のブレーキ傾斜度並びにギヤ出力軸回転数の傾斜度が考慮され、
   前記ギヤブレーキは、リードタイムを考慮して、算出された停止時点より前に停止される
   ことを特徴とする方法。
2. 自動変速機内に取り付けられたギヤブレーキのリードタイムは、少なくとも一回、個々に及び／または所定の間隔に適応して、あるいは、各シフトアップ操作毎に繰り返されるリードタイムの適応計算によって、決定される
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記リードタイムは、通過するシフトアップ操作の品質に応じて、特にはシフト操作に関して回転するギヤ構成部品の同期動作を考慮して、評価される
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法
4. 通過するシフトアップ操作の品質に対する評価基準が、ブレーキ介入に基づいたギヤ入力回転数（１）による所定の目標回転数枠（３）の到達であり、その場合、当該目標回転数枠（３）の上方の回転数は、シフトアップ後に存在する目標ギヤ入力回転数（２）の下側にある
   ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 噛合い操作が目標回転数枠（３）内のギヤ入力回転数（５）で行われるとき、次の（未来の）シフトアップ操作のリードタイムの値は一定であり続け、
   噛合い操作が目標回転数枠（３）の外側のギヤ入力回転数（６；７）で行われるとき、リードタイムは新たに算出される
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
6. 噛合い操作が回転数に関して目標回転数枠（３）の下側で行われるとき、次のシフトアップ操作のリードタイムは、所定の時間だけ延長され、
   噛合い操作が回転数に関して目標回転数枠（３）の上側で行われるとき、リードタイムは所定の時間だけ短縮される
   ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 新たなリードタイムを計算するために、
   シフトアップ操作が行われている間のギヤ入力回転数（１）の最大回転数傾斜度（１０）が決定され、噛合い操作中のギヤ入力回転数（８）と目標回転数枠（３）の中間回転数（９）との間の回転数差（１１）が測定され、当該回転数差（１１）を前記最大回転数傾斜度（１０）で割ることによって次のシフトアップ操作のための変更値が算出され、当該変更値を最新のシフトアップ操作のリードタイムに適用することによって次のシフトアップ操作の新たなリードタイムが算出される
   ことを特徴とする請求項５に記載の方法。

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