JP2007516122A - 自動車駆動列のための制御方法及びコントローラ - Google Patents

Abstract

エンジンと、歯車中立を提供する連続可変比トランスミッションとを有する自動車駆動列のためのコントローラが記述される。このコントローラは運転手による入力に応じて車輪トルク及びエンジン速度のためのデマンドを設定するようになっており、その特徴とするところは、コントローラが、減少する車輪トルク手順を履行しながらエンジン速度を増大させることによる車両発進前のエンジン速度増大のための要求を表す運転手からの入力に応答し、かつ、引き続いて、発進を開始させる車両の運転手からの入力に続いて車輪トルクを増大させるように適応されることである。

Description

本発明は発進（launch）前及び発進中の自動車のエンジン及びトランスミッションの制御に関し、このトランスミッションは連続可変形式のもので、歯車中立（geared neutral）を提供する。

自動トランスミッションを有する自動車が休止している間、運転手は典型的にはブレーキペダルを踏んだままにしている。発進を開始するため（即ち、休止状態から移動させるため）、運転手は足をブレーキペダルからアクセル上へ移す。エンジンがアクセルペダルを介して表示されるような運転手の要求を満たすのに必要な速度及び出力トルクに到達する前に、エンジンの吸入マニホルド内の圧力を増大させねばならず、エンジン速度は典型的にはアイドリング速度から増大されねばならない。その結果、被駆動車輪においてトルクの送給前の遅延が生じる。

トルクコンバータを介して結合された段階比率歯車箱を備えた普通の自動トランスミッションを有する車両においては、車両が静止している間にブレーキ及びアクセルペダルを同時に押すことにより、一層速い発進を達成することができる。この状態においては、エンジン速度はトルクコンバータ失速速度に向かって増大する。ブレーキは、これを解放することにより、運転手が発進を開始するまで、車両を静止状態に保つ。発進時には、エンジン速度及びトルクは既に増大しており、従って、上述の遅延は回避される。いわゆる「左足制動」は通常悪習とみなされるが、これは急激発進を許容し、休止からの車両の加速を改善する。これは、休止における車輪からのエンジンの結合解除及びエンジンによるエネルギ出力の浪費の双方に貢献するトルクコンバータの役割に依存する。

本発明は連続可変比装置（「変動器」）を有し、歯車中立を提供する異なる形式の自動車トランスミッションに関し、歯車中立とは、車両が静止している間に、エンジンが運転を維持することができ、トランスミッションを介して被駆動車輪に結合できるように、トランスミッションが無限に小さな歯車比を提供するような状態である。歯車中立の概念は産業界で周知である。これを達成する１つの方法は、１つのシャフトの速度が他の２つのシャフトの速度の合計に比例するような、３つの入力／出力シャフトを有する形式の遊星シャント即ち分岐器を使用することである。

１つのシャフトは一定の歯車比でエンジンにより駆動される。別のシャフトは連続可変比で変動器を介してエンジンにより駆動される。分岐器の第３のシャフトは被駆動車輪に結合される。歯車中立状態に対応するある変動器比（「歯車中立比」）においては、分岐器への２つの駆動入力は互いに相殺され、第３のシャフトを静止状態にする。このようなトランスミッションにおいては、動力は変動器及び分岐器を含むループ内で再循環する。発進前にエンジン及び車輪を結合解除するためのクラッチ又はトルクコンバータを設ける必要はない。

変動器は（１）比制御形式及び（２）トルク制御形式に分けることができる。本発明はトルク制御変動器を有するトランスミッションに関連して工夫されており、この形式のトランスミッションに特に適すると思われるが、比制御形式に適用することも可能である。

比制御変動器は（関連する電子コントローラから）所要の変動器駆動比を表す制御信号を受け取る。変動器は、その駆動比を調整することにより、所要の値に応じる。調整は典型的には、変動器の比決定素子の位置（例えば、ベルト／シーブ式の変動器におけるシーブの分離又はトロイダルレース形式の変動器におけるローラの位置）を検出すること、及び、フィードバックループを使用して、この素子の実際の位置を（制御信号により決定された）所望の位置へ調整することを含む。従って、比制御変動器においては、比は制御信号に直接対応する。

トルク制御変動器においては、事実はそうではない。代わりに、トルク制御変動器は、一定の変動器駆動比に対して、制御信号に直接対応するトルクをその入力及び出力部材上に作用させるように構成され、配列される。トルクは駆動比ではなく、制御変数である。変動器の入力及び出力の速度変化、それ故、変動器駆動比の変化は、変動器の入力及び出力に結合された慣性体へ、（例えばエンジン及び車輪からの）外部で適用されたトルクを付加されたこのようなトルクを適用することにより、生じる。変動器駆動比は対応的に変化することができる。

トルク制御は、現在まで、例えばヨーロッパ特許ＥＰ４４４０８６号明細書に記載されたようなトロイダルレース転がり牽引形式の変動器に主として適用されてきた。この形式の変動器においては、ローラは同軸的に装着された入力及び出力ディスク間で駆動力を伝達するのに役立つ。変動器ローラはそれぞれのトルクＴ_in、Ｔ_outを入力及び出力ディスク上に作用させる。対応的に、ローラはディスク軸線のまわりで「反力トルク」Ｔ_in、Ｔ_outに遭遇する。この反力トルクは一組のアクチュエータにより軸線のまわりでローラに適用される同一で反対向きのトルクにより対抗される。幾何学形状は、ディスク軸線のまわりでのローラの運動がローラの「歳差運動」即ちディスク軸線に対するローラ軸線の角度の変化により達成され、変動器駆動比の対応的な変化を生じさせるようなものである。アクチュエータのトルクを制御することにより、反力トルクＴ_in＋Ｔ_outが直接制御される。この形式の変動器における制御信号は反力トルクに直接対応する。
ヨーロッパ特許ＥＰ４４４０８６号明細書。

変動器によりその入力及び出力上に与えられる実際のトルクは制御信号に依存するばかりか、現在の駆動比にも依存する。その理由は、トルク合計Ｔ_in＋Ｔ_outが制御信号によりユニークに決定されるが、比Ｔ_in／Ｔ_outが変動器駆動比の相反に等しく、変動器駆動比に応じて変化するからである。従って、変動器は現在の変動器駆動比に対応する位置を有する可動の変動器ローラである素子を有するものと理解することができ、この素子は、制御信号により決定され、変動器の入力／出力において生じるトルクにより平衡される偏倚力を受ける。

本発明の目的は、連続可変歯車中立形式（geared neutral type）のトランスミッションを有する自動車の発進性能を向上させることである。

本発明の第１の態様によれば、エンジンと、歯車中立（geared neutral）を提供する連続可変比トランスミッションとを有する自動車駆動列（motor vehicle drive train）のためのコントローラにして、運転手による入力に応じて車輪トルク及びエンジン速度のためのデマンドを設定するようになったコントローラが提供される。このコントローラは、減少する車輪トルク手順（strategy）を履行しながらエンジン速度を増大させることによる車両発進前のエンジン速度増大のための要求を表す運転手からの入力に応答し、かつ、引き続いて、発進を開始させる車両の運転手からの入力に続いて車輪トルクを増大させるように適応されることを特徴とする。左足制動自体は使用できる制御入力の唯一の形式ではない。代わりに、ある手動作動制御を運転手に提供することができる。

本発明によれば、発進のためにエンジンを準備するために大きな車輪トルクを生じさせる必要はない。静止している間のブレーキの適用はすべての実施の形態にとって必須ではない。本発明の第２の態様によれば、エンジンと、歯車中立を提供する連続可変比トランスミッションとを有する自動車駆動列を制御する方法にして、運転手による入力に応じてエンジン速度及び車輪トルクのためのデマンドを設定する工程を含む方法が提供される。この方法は、車両発進前のエンジン速度増大のための要求を表す運転手による入力に応答して、減少する車輪トルク手順が履行されている間に、エンジン速度が増大され、引き続いて、車輪トルクが車両発進の開始に続いて増大することを特徴とする。

ここで、単なる例として、添付図面を参照しながら本発明の特定の実施の形態を説明する。本発明はトロイダルレース転がり牽引形式のトルク制御変動器を使用する車両トランスミッションに関連して開発されてきた。本発明は他の形式のトランスミッションにも適用できるものと思われる。それにも拘らず、ここで、ある関連する原理を説明するために問題のトロイダルレース変動器を極めて簡単に述べる。

図２は変動器ローラ２０を収容するトロイダル空洞２２を一緒に画定する同軸的に装着された入力及び出力ディスク１２、１４を有するものとして示された変動器１０のいくつかの主要な素子を示す。ローラは一方から他方へ駆動力を伝達するために入力及び出力ディスクのそれぞれの面上で運動する。ローラはディスク１２、１４の軸線２４のまわりで円周方向に沿って動けるような方法で装着される。ローラはまた「歳差運動」できる。すなわち、ローラの軸線はディスクの軸線に対するローラの傾斜を変更するように回転することができる。図示の例では、ローラはステム２８によりアクチュエータ３２のピストン３０に結合されたキャリッジ２６に装着される。ピストン３０の中心からローラ２０の中心までのラインはそのまわりで全体の組立体が回転できるような「歳差運動軸線」を構成する。ローラの傾斜が変化すると、入力及び出力ディスク１２、１４上でローラが追従する経路の半径が変化する。その結果、ローラの傾斜の変化に変動器駆動比の変化が伴う。

歳差運動軸線はディスク軸線に垂直な平面内に精確に位置しないが、代わりに、この平面に対して角度をなしている。図２にＣＡで示すこの角度はここでは「キャスター角度」と呼ぶ。ローラの装着はその運動を許容し、ローラの中心はディスク軸線上に中心を持つ円形の経路を追従する。更に、ローラ上でのディスク１２、１４の作用は、ローラの軸線がディスク軸線と交差するような傾斜でローラを維持する傾向を有する。軸線のこの交差地点は、キャスター角度のために、その円形経路に沿ったローラの運動にも拘らず、維持することができる。その結果、ディスク軸線のまわりでのローラの並進運動にローラの歳差運動が伴い、そして、変動器駆動比の変化が伴う。ローラとディスクとの間のスリップを無視した場合、変動器ローラの位置は変動器駆動比に対応し、そして、エンジンと被駆動車輪との間の速度比に対応する。

アクチュエータ３２はライン３４、３６を介して反対向きの液圧流体圧力を受け取り、アクチュエータによりローラに適用される力はライン内の圧力差に対応する。この圧力差は、この例では、変動器に適用される主要な制御信号である。この力の効果は、ディスク軸線のまわりのその円形経路に沿ってローラを押圧運動させることである。同等に、アクチュエータはディスク軸線のまわりでローラ上にトルクを作用させると言うことができる。アクチュエータのトルクはディスクに対するローラの傾斜により生じるトルクにより平衡される。ローラは入力ディスク１２上にトルクＴ_inを作用させ、出力ディスク１４上にトルクＴ_outを作用させる。対応的に、ディスクは一緒にディスク軸線のまわりでローラ上にトルクＴ_in＋Ｔ_outを作用させる。量Ｔ_in＋Ｔ_out（反力トルク）はアクチュエータのトルクに常に等しく、そのため、上述の圧力差により形成される制御信号に正比例する。

図示の変動器１０はもちろん図を明瞭にするために大幅に簡単化してある。例えば、実際の変動器は典型的には一組のローラをそれぞれ収容する２つのトロイダル空洞を画定する２対の入力／出力ディスクを有する。図は第２の空洞を形成するように部分トロイダル切除部を備えた出力ディスク１４の面３５を断面で示す。このような構成においては、反力トルクはすべての変動器ローラに適用されるトルクの合計である。しかし、上述の作動の原理は実際のトランスミッションにおいては実質上変わらない。

図１は歯車中立を提供するトランスミッションを示す。エンジンは符号５００で示し、遊星分岐器５２０のサンギヤを駆動する変動器１０を駆動する。また、エンジンは一定比の歯車列Ｒを介して分岐器５２０の遊星キャリヤＣＡＲを駆動する。分岐器の環状の歯車ＡＮＮは車輪５２２を駆動する。上述のように、歯車中立はある変動器比（「歯車中立比」）で達成され、この比においては、サンギヤ及び遊星キャリヤの速度は互いに相殺され、環状の出力歯車を静止状態にする。

図１は大幅に簡略化されている。実際のトランスミッションはトランスミッションの素子部品間に更なる歯車列を有し、また、比の利用できる範囲を拡張するために高及び低体制に携わるクラッチを有する。これらの態様は当業界で周知である。（低体制での）従来の車両の発進に関連する原理は図面から理解できる。車輪が静止している状態での、発進前は、変動器は歯車中立比にある。被駆動車輪におけるトルクはライン３４、３６間の圧力差である変動器の制御入力に比例し、そのため、直接制御することができる。静止のアイドリング状態においては、低レベルのトルクが車輪に適用され、クリープを提供する。運転手がブレーキを解放してアクセルを適用したとき、変動器の制御信号が増大して車輪トルクを増大させ、エンジントルクデマンドが増大し、必要なエンジン動力を提供する。上述のように、このエンジン動力を提供する際に遅延が生じ、本発明はこの遅延を緩和することを意図する。

本発明は任意の適当な制御構成を使用して履行することができるが、例が図３において提供され、この場合は、エンジンは再度符号５００で示され、連続可変トルク制御形式のトランスミッション５０２を駆動する。線図は変動器１０及び遊星分岐器５２０を概略的に示す。ボックス５０８は被駆動車輪を含む車両を表す。

エンジン及びトランスミッションの双方の制御は電子的に遂行され、運転手からの指示を受ける。この実施の形態では、普通のデジタルマイクロプロセッサがこの仕事のためにプログラムされる。図示の構成は、エンジン及びトランスミッションに関連する器具類から、また、（例えば、普通の自動車のアクセル及びブレーキペダルにより形成される）運転手による制御子５０９からデータを受け取る電子動力列制御ユニット（「ＰＣＵ」）を有する。応答において、ＰＣＵはエンジン及びトランスミッションの双方の挙動を制御する出力を提供する。エンジン制御は電子エンジントルクコントローラ５１０及びスロットル５１２を介して実行される。

ＰＣＵは、現在の車両速度及びペダル位置に応じて、エンジン速度のための及び車両の被駆動車輪におけるトルクのための基本デマンドを確立する。エンジン及びトランスミッションは基本デマンドに基づいて制御される。車輪トルクデマンドの変形例（TrqwheelDr）は図４ｂに示し、エンジン速度デマンドの変形例（SpdEngDr）は図４ａに示し、車両速度は軸SpdVeh上に表し、ペダル位置は軸PosPedal上に表す。この体系において、低い車両速度では、運転手は大きな車輪トルクを設定できるが、利用できるエンジン速度の範囲は小さいことが分かろう。しかし、運転手が向上した発進を要求した場合、手順は本発明に従って修正される。

ここで、本発明がどのようにして車両発進を向上させるかを説明するために、まず、（トルクコンバータを備えた）普通のトランスミッションと歯車中立形式のトランスミッションとの間のある差異を考察する。運転手が左足制動を実行した場合、車両の車輪は静止状態に保たれ、従って（回転動力がトルクと回転速度とを掛け合わせたものに等しいので）、
動力は車輪に出力され乃至かし、運転手はエンジンを高速で運転させることができ、普通のトランスミッションの場合、トルクコンバータはかなりのトルク負荷をエンジンに適用し、そのため、トランスミッションへの動力入力は大きくなる。

この動力はトランスミッションによってのみ消費することができ、これは、主として、トルクコンバータ内での通しの損失である。また、これは、トルク負荷をエンジンに適用できるその出力（被駆動車輪）側での静止状態にも拘らず、その入力（エンジン側）で大きなトルクを維持できるトルココンバータの作用のためでもある。

これとは逆に、ここで考察するトランスミッションは熱が浪費されることのあるトルクコンバータ又はクラッチを有しない。車両の車輪が静止している間は、トランスミッションへの動力入力は、トランスミッションにより消費又は吸収できるようなレベルに制限しなければならない。車両の車輪が静止している間にエンジンを負荷するその能力はまた、普通の自動トランスミッションよりも一層制限される。摩擦効果を無視した場合、無限に低い歯車比のため、反力トルクに関係なく、エンジン上の負荷はゼロになる；すなわち、トランスミッションがどんなに車輪トルクを生じさせても、負荷はエンジンに適用されないことに留意されたい。もちろん、実際には、トランスミッション内には摩擦抵抗が存在し、これがエンジン負荷を生じさせる。

これらの理由のため、ここで考察したトランスミッションのための既知の制御ソフトウエアは、現在まで、左足制動を実施するための運転手による試みを検出し、この状態におけるエンジン速度及びエンジン出力の増大を阻止又は制限するように、即ちこの実行を阻止するように設計されてきた。しかし、本発明者は、この形式のトランスミッションを使用して向上した発進を実行できること、そして、実際、重要な利点を利用できることを認識してきた。

本発明のこの実施の形態においては、ＰＣＵは向上した発進のための運転手によるデマンドを検出するように配列される。このデマンドの運転手による表示はペダルを介して、つまり、静止が向上した発進のためのデマンドとして翻訳されている間にブレーキ及びアクセルペダルの双方を同時に押すことにより、行うことができる。しかし、デマンドを表示するために、運転手はある他の制御即ち手動作動制御を使用することができる。応答においてＰＣＵがなすべきことは、基本的なエンジン速度及び車輪トルク要求を選択するための修正された手順を使用することである。

エンジン速度はアクセルペダルの位置に応答してアイドリング速度以上に増大することができる。車輪トルクの設定においては、トランスミッションの出力トルクを任意に設定できるという事実により、利点を得ることができる。その理由は、車輪トルクが運転手により発生された反力トルクに比例するからである。修正された基本的な車輪トルク手順は普通の手順に比べて減少した車輪トルクを提供し、そのため、静止中は、極めて大きな車輪トルクを車両のブレーキにより対抗させる必要がない。

図５ａにおいては、ペダル位置は水平軸PosPedal上に示され、基本的なエンジン速度デマンドは垂直軸SpEngDr上に示される。これは、車両速度ゼロでの即ち発進前の利用できる手順を表す二次元グラフである。基本的なエンジン速度デマンドを設定するための不履行手順は実線で示す。これは車両速度ゼロに対応する平面内で図４ａに表すペダル位置と速度デマンドとの間の同じ関係である。

修正された手順は点線により表される。同様に、図５ｂにおいて、ペダル位置は水平軸PosPedal上に示され、一方、ここでは、垂直軸TrqWheelDrは基本的な車輪トルクデマンドを表す。実線は不履行車輪トルク手順を表し、車輪速度ゼロに対する図４ｂに匹敵する。点線は修正された基本的な車輪トルクデマンド手順を表す。

大半のペダル位置に対して、車両の被駆動車輪に適用されるトルクは修正された手順において減少され、エンジン速度は不履行手順に比べて増大すること明らかである。その結果、運転手は、車両を早期に立ち去らせる傾向を有し、大きなブレーキ力により制限しなければならないような過剰な車輪トルクを生じさせることなく、車両が静止している間にエンジン速度を増大させることにより、迅速発進のために車両を準備することができる。中間地点へアクセルペダルを押すと、過剰な車輪トルクなしに、その最大予備発進レベルに近づくようにエンジン速度を増大させる。しかし、運転手は依然として、アクセルを更に押すことにより、一層大きなトルク（不履行手順の下で利用できるものの１００パーセント）を生じさせることができることに留意されたい；その便宜さは、例えば、車両が重い荷物を積んでいる場合に傾斜路面上で車両を立ち去らせる際に重要であることが分った。

運転手が（例えば、ブレーキペダルを解放することにより）発進を開始するとき、コントローラは不履行手順に戻ることができる。この実施の形態においては、これは発進に続いて直ちに行われる。従って、車輪トルクデマンドは典型的には迅速に増大する。発進前に増大した速度で運転していたエンジンは吸入マニホルドの加圧及びエンジンの加速に伴う遅れで悩む必要はない。発進時に、変動器の反力圧力は、迅速な車両の加速に必要な車輪トルクを適用するために、増大した車輪トルクデマンドに続いて極めて迅速に調整することができる。発進メトリックス、特に初期の発進段階における加速は大幅に改善することができる。代わりとしては、修正された手順から不履行手順への一層緩やかな遷移を提供し、潜在的に一層円滑な発進を提供することである。

歯車中立を提供し、本発明に従って作動できる連続可変比トランスミッションの極めて簡単な線図である。 図１のトランスミッションに使用される変動器を示す概略図である。 トランスミッションを制御する装置の線図である。 図４ａ及び４ｂはそれぞれ一定の車輪において（ａ）エンジン速度及び（ｂ）トルクを制御するための不履行手順を示す三次元グラフである。 図５ａ及び５ｂは車両が静止している間にそれぞれエンジン速度及びエンジントルクを制御するための修正された手順を示す三次元グラフである。

Claims (11)

1. エンジンと歯車中立を提供する連続可変比トランスミッションとを有する自動車駆動列のためのコントローラであって、
   コントローラは、運転手による入力に応じ車輪トルク及びエンジン速度のデマンドを設定するように作動し、
   コントローラは、減少する車輪トルク手順を履行しながらエンジン速度を増大させることによる増大した発進のための要求を表す運転手からの入力に応答し、且つ発進を開始させる車両の運転手からの入力に従って車輪トルクを引き続いて増大させるように適応されることを特徴とするコントローラ。
2. 車両発進前のエンジン速度増大のための要求を表す運転手による入力が運転手によるブレーキ及びアクセル制御の同時の適用を含むことを特徴とする請求項１のコントローラ。
3. 発進を開始させる運転手による入力はブレーキ制御の解除であることを特徴とする請求項１のコントローラ。
4. 車両発進前に、トランスミッションへの動力入力を制限するように適応されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項のコントローラ。
5. トルク制御形式のトランスミッションと一緒に使用するものであり、コントローラが提供されるべき車輪トルクに比例する信号をトランスミッションに提供するように適応されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項のコントローラ。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項のコントローラを有する自動車の駆動列。
7. エンジンと、歯車中立を提供する連続可変比トランスミッションとを有する自動車駆動列を制御する方法であって、
   運転手による入力に応じてエンジン速度及び車輪トルクのためのデマンドを設定する工程を有し、
   車両発進前のエンジン速度増大のための要求を表す運転手による入力に応答して、減少する車輪トルク手順が履行されている間に、エンジン速度が増大され、引き続いて、車輪トルクが車両発進の開始に続いて増大することを特徴とする方法。
8. 車両発進前のエンジン速度増大のための要求を表す運転手による入力がブレーキ及びアクセル制御の同時の適用からなることを特徴とする請求項７の方法。
9. トランスミッションがトルク制御形式のものであり、車輪トルクに比例する制御入力をトランスミッションに提供する工程を有することを特徴とする請求項７又は８の方法。
10. 実質上添付図面を参照してここで述べられ、添付図面に示されたような、自動車駆動列のためのコントローラ。
11. 実質上添付図面を参照してここで述べられ、添付図面に示されたような、自動車駆動列を制御する方法。

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