JP2013519043A - ギヤボックスの制御方法およびシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、制御システムによって自動的に制御される車両ギヤボックスの制御方法に関する。制御システムによる変速比の選択に、車両の運転者が影響を与えることができ、前記制御システムは、静止状態から発車する際の初期変速比を選択するように適合されている。この方法は、前記制御システムによって第１の初期変速比を決定するステップと、前記車両の運転者によって示された第２の初期変速比を決定するステップとを含む。ギヤボックスは、前記制御システムによって決定された前記第１の初期変速比よりも前記車両の運転者によって示された前記第２の初期変速比が高いときに、前記車両の運転者によって示された前記第２の初期変速比に設定される。

Description

本発明は、車両ギヤボックスの制御方法に関する。本発明は、特に、車両ギヤボックスの制御のための請求項１のプリアンブルによる方法に関する。

車両用のパワートレインの多くの異なる変形形態が存在する。しばしば、大型車両が運転者にとって可能な限り快適に運転可能であることが望ましい。これは、たとえば、ギヤボックスのギヤチェンジが、車両に通常は組み込まれている制御システムによって自動的に実行されるべきであることを意味する。したがって、自動的にギヤを変更するギヤボックスは、大型車両においても通常のものである。

一般的に言うと、トラック、バスなどのような大型車両の運転において、車両経済性は、車両が使用される活動の収益性において、時間がたつにつれてますます重要な因子になってきている。大型車両の調達コストとは別に、大型車両の日常的な作業に関与する主なコストは、通常、運転者の賃金、修理保守コスト、および車両の推進のための燃料を含む。

車両のタイプに応じて、様々な因子の影響は変動し得るが、燃料消費量は、一般に、経費の主要な項目であり、燃料消費量が大量である大型車両の設備稼働率は高いことが多いので、燃料消費量を低減させるあらゆる可能な方法は、収益性に対してプラスの効果を有する。これを達成する１つの方法は、制御システムがギヤ選択を行い、ギヤボックスにおけるギヤチェンジを制御する方法に影響を与えることである。このため、制御システムには、しばしば、可能な限り燃料経済性が高い方法で、可能な限りギヤチェンジを実効化し、ギヤ選択を行うことによって、燃料消費量を改善するための機能が組み込まれる。

多くの状況において、たとえば、車両の制御システムが選択するであろうギヤよりも低いギヤに変更することが必要なとき、ある程度の運転者の影響が望ましいことがある。通常は制御システムによって制御される、大型車両における自動ギヤチェンジは制御モードの可能性を提供し、したがって、自動ギヤチェンジが適用されることも多く、それにより、内燃機関およびギヤボックスの制御、ならびにギヤ選択は、主に、制御システムのみによって行われるが、少なくともある特定の状況では、ギヤ選択の可能性は、車両の運転者からのコマンドにも少なくとも部分的に基づいている。

一般に、前述の自動ギヤ選択は多くのケースにおいて良好に作動するが、コントロールシステムによるギヤ選択が運転者を苛立たせ得る状況もある。したがって、今もなお自動ギヤ選択をさらに改善することができる状況がある。

本発明の目的は、車両のギヤボックスの制御方法を提案することであり、それにより、少なくともある特定の状況において車両の運転者によってプラスに見える方法でギヤ選択を行うことができる。

この目的は、請求項１に記載の方法を用いて達成される。

本発明は、車両のギヤボックスの制御方法であって、車両が、内燃機関に接続され、かつ、様々な変速比に設定することができるギヤボックスの自動制御のための制御システムを有する、方法に関する。制御システムによる変速比の選択は、車両の運転者によって影響を受けることができ、制御システムは、静止状態から車両を動作させる際の初期変速比を選択するように適合されている。この方法は、
第１の初期変速比を決定するために制御システムを使用するステップと、
車両の運転者によって示された第２の初期変速比を決定するステップと、
制御システムによって決定された第１の初期変速比よりも車両の運転者によって示された第２の初期変速比が高いときに、車両の運転者によって示された第２の初期変速比にギヤボックスを設定するステップと
を含む。

したがって、本発明により、運転者によって選択されるギヤが、制御システムによって選択されたギヤよりも低い（より高い変速比）場合、常に、制御システムが最も適切であると発見したギヤではなく、車両の運転者によって選択されたギヤ（選択された変速比）で、車両を動作させることを保証できる。これは、ある特定の状況における車両の運転を運転者にとって心地よい方法で行うことができるという利点をもたらす。

たとえば、運転者は、たいてい、車両の渋滞において、加速したり、減速したりする必要なく、内燃機関がアイドリングしている状態でゆっくりと前進することができるようにするために、モードセレクタを使用して非常に低いギヤ（すなわち、高い変速比）にギヤボックスを設定する。渋滞では、停止した後再び発車するということが多いので、車両の制御システムが、停止のたびに、運転者が渋滞に適していると考えるギヤよりも高い新たな初期ギヤ（より低い変速比）を選択すると非常に苛立たしい。本発明により、そのような苛立ちを回避することが可能になる。

さらに、以下の実施形態の例に関する詳細な説明および添付の図面によって、本発明の特徴およびその利点を示す。

本発明を有利に使用することができる、車両におけるパワートレインを示す図である。 車両制御システム中の制御ユニットの一例を示す図である。 本発明の実施形態の一例によるクラッチアクチュエータの制御のための方法の一例を示すフローチャートである。

図１ａには、本発明の実施形態の一例による、大型車両１００、たとえば、トラック、バスなどのパワートレインの一例を示す。図１ａに概略的に示された車両１００は、駆動輪１１３および１１４を備える車軸を１つだけ備えるが、本発明は、駆動輪を備える車軸を２つ以上有する車両にも適用可能である。パワートレインは、自動的に動作されるギヤボックス１０３にクラッチ１０６を介して従来の方法で接続された内燃機関１０１を備え、内燃機関１０１とギヤボックス１０３は、内燃機関１０１の出力シャフト１０２を介して、通常は、フライホイール（図示せず）を介して接続される。

しかしながら、主に農業または自動車専用道路で使用される大型車両は、通常、上述したように、従来の意味における自動ギヤボックスを備えていないが、制御システムによってギヤチェンジが制御される「手動」ギヤボックスを備えている。これは、部分的には、手動ギヤボックスは、製造にかかる費用が実質的に少ないからであるが、手動ギヤボックスが非常に効率的であり、その結果、従来の自動ギヤボックスと比べて燃料消費量が低くなることにも起因する。

通常は乗用車に組み込まれるタイプの自動ギヤボックスの効率は、それらを正当化するためには、手動で動作されるギヤボックスと比べて低すぎることが多い。ギヤボックス１０３におけるギヤの係合／係合解除は、車両の制御システムによって、この場合には制御ユニット１１７によって制御される。

クラッチ１０６は、この例では自動制御クラッチの形態をとるが、手動制御（運転者制御）クラッチを備える車両の制御システムは、従来の方法で、クラッチを閉じて、したがって、クラッチを使用することなくギヤチェンジを行うことができるので、手動制御クラッチの形態をとることもできる。さらに、クラッチ１０６はディスクタイプのものであり、それにより、第１のギヤボックスエレメント、たとえば、ギヤボックス１０３の入力シャフト１１８に接続された摩擦エレメント（ディスク）１１０は、駆動力を内燃機関１０１からギヤボックス１０３を介して駆動輪１１３および１１４に伝達するために、内燃機関のフライホイール１０２と選択的に係合する。

クラッチディスク１１０と内燃機関の出力シャフト１０２との係合は、たとえば、レバー１１２によって横方向に移動可能な圧力プレート１１１によって制御され、その機能はクラッチアクチュエータ１１５によって制御される。

クラッチアクチュエータ１１５は、たとえば、電気制御クラッチアクチュエータまたは空圧制御クラッチアクチュエータの形態をとることができる。クラッチアクチュエータは制御ユニット１１６を用いて制御されるが、その他の点については、クラッチアクチュエータの特定の機能、およびクラッチアクチュエータを用いた制御システムによるクラッチの実際の制御の原理は、当業者にはよく知られる技術であり、したがって、本明細書ではより詳細には説明しない。

現在の車両における制御システムは、たいてい、複数の電子制御ユニット（ＥＣＵ）またはコントローラを１つに接続するための１つまたは複数の通信バスを備える通信バスシステム、ならびに車両に配置された様々な構成要素で構成される。そのような制御システムは、多数の制御ユニットを備えることができ、特定の機能に関する責務をそれらのうちの２つ以上で分担することができる。

単純にするために、図１ａには、本実施形態において内燃機関１０１とクラッチ１０６とギヤボックス１０３とを個々に制御する２つの電子制御ユニット１１６、１１７のみが示されている（代替的には、１つの同じ制御ユニットによって、あるいは他の図示されていない制御ユニットによって、内燃機関、ギヤボックスおよびクラッチのうちの２つ以上を制御するように構成することができる。）。

図示されたタイプの制御ユニットは、通常、車両の様々な部品から、たとえば、ギヤボックス、内燃機関、クラッチならびに／あるいは車両に配置された他の制御ユニットまたは構成要素から、センサ信号を受信するように構成するように適合することができる。制御ユニットの制御は、通常、他の制御ユニットからの信号に依存し、たとえば、制御ユニット１１７によるギヤボックス１０３の制御は、おそらく、たとえば、ギヤボックス１０３の機能を担当する制御ユニット、内燃機関の機能を制御する１つまたは複数の制御ユニット、たとえば、制御ユニット１１６から受信された情報にたとえば依存する。

制御ユニットは、車両のさまざまな部品および構成要素、たとえば、内燃機関、クラッチおよびギヤボックスの制御のために、それらに制御信号を送達するようにさらに適合される。本発明は、上記制御ユニットのうちのいずれかで、あるいは車両の制御システム中の何らかの他の好適な制御ユニットで実装することができる。

車両中のさまざまな部品および構成要素の制御、たとえば、ギヤ（変速比）の選択、およびギヤボックスにおけるギヤの係合／係合解除は、しばしば、プログラムされた命令によって支配される。これらのプログラムされた命令は、典型的には、コンピュータまたは制御ユニット中で実行されるときに、コンピュータ／制御ユニットに所望の形態の制御動作、たとえば、本発明による方法ステップを実効化させるコンピュータプログラムの形態をとる。コンピュータプログラムは、たいてい、制御ユニットと結合した、または制御ユニット中のデジタル記憶媒体１２１（図１ｂ参照）、たとえば、ＲＯＭ（読取り専用メモリ）、ＰＲＯＭ（プログラム可能な読取り専用メモリ）、ＥＰＲＯＭ（消去可能なＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（電気的に消去可能なＰＲＯＭ）、ハードディスクユニットなどに記憶され、制御ユニットによって実行されるコンピュータプログラム製品１０９の形態をとる。したがって、コンピュータプログラムの命令を変えることによって、特定の状況における車両の挙動を調整することができる。

制御ユニットの一例（制御ユニット１１７）が図１ｂに概略的に示され、実質的に任意の好適なタイプのプロセッサまたはマイクロコンピュータ、たとえば、デジタル信号処理のための回路（デジタル信号プロセッサ、ＤＳＰ）、または所定の特定の機能をもつ回路（特定用途向け集積回路、ＡＳＩＣ）の形態をとることができる計算ユニット１２０を備えることができる。計算ユニット１２０はメモリユニット１２１に接続され、このメモリユニットは、制御ユニット１１７内に置かれ、たとえば、記憶されたプログラムコード１０９および／または計算を行うことができるようにするために計算ユニット１２０が必要とする記憶されたデータを計算ユニット１２０に提供する。また、計算ユニット１２０は、計算の部分的な結果または最終的な結果をメモリユニット１２１に記憶するように適合される。

制御ユニット１１７は、入力信号および出力信号を受信および送信するためのそれぞれのデバイス１２２、１２３、１２４および１２５をさらに備える。これらの入力信号および出力信号は、波形、パルス、または入力信号受信デバイス１２２および１２５により情報として検出することができ、計算ユニット１２０によってプロセス可能な信号に変換することができる他の属性を含むことができる。これらの信号は、次いで、計算ユニット１２０に供給される。出力信号送信デバイス１２３および１２４は、たとえば、変調することによって、車両の制御システムの他の部品ならびに／あるいは意図される１つまたは複数の構成要素に送信することができる出力信号を生成するために、計算ユニット１２０から受信した信号を変換するように適合される。入力信号および出力信号を受信および送信するためのそれぞれのデバイスへの接続の各々は、ケーブル、データバス、たとえば、ＣＡＮ（コントローラエリアネットワーク）バス、ＭＯＳＴ（メディア指向システムトランスポート）バス、または何らかの他のバス構成、あるいはワイヤレス接続のうちの１つまたは複数の形態をとることができる。

車両１００は、車両１００の駆動輪１１３および１１４に接続され、ギヤボックス１０３からの出力シャフト１０７によって、ファイナルギヤ１０８、たとえば、従来の差動装置を介して駆動されるドライブシャフト１０４および１０５をさらに備える。

図示された車両は、制御システムによって制御されるギヤボックスを有し、それにより、ギヤチェンジもギヤ選択も、運転者の影響を受けることなく、車両の制御システムによって全体として自動的に行うことができるが、上述のように、ある程度の運転者の影響が望ましいことがある状況があり、したがって、図１ａの車両１００は、運転者がギヤの選択に少なくとも部分的に影響を与えることができるように構成される。この運転者が指定するギヤ選択は、たとえば、制御ユニット１１７に接続されたギヤレバー１１９として非常に概略的に示された後述のモードセレクタを用いて指定することができる。

本発明は、静止状態から車両を動作させる際のギヤ選択に関し、図２は、本発明による方法の例２００のフローチャートの一例である。この方法は、車両の制御システムによって行われ、ステップ２０１は、初期ギヤが選択しなければならないかどうかを決定する。大型車両では、通常、車両を後で動作させるときに使用するための適切な初期ギヤを決定するために、自動初期ギヤ選択が行われる。換言すると、初期ギヤとは、静止状態から動作させる際に係合されるギヤ（変速比）を意味する。

この初期ギヤ選択を行う理由は、その場合、通常、絶対的に最も低いギヤで車両を動作させた場合、車両が所望の速度に達する前に多数のギヤチェンジ（運転者が不便を感じ得る手順）が必要とされ得るので、そのように設定することは望ましくないからである。また、燃料消費量の観点から、車両を可能な限り高いギヤで動作させることが好ましいことがある。さらに、初期ギヤが低すぎる結果、好ましくない走行表面の状態において、ギヤチェンジ中に生じるトルクブレーキを引き起こすことがあり、それにより、たとえば、たとえば、氷または雪を走行表面が含む上り坂を動いているとき、走行が安定する。

このため、車両の自動ギヤ選択システムは、適切な初期ギヤを選択し、この適切な初期ギヤは、選択されたギヤにスライドするときに生じるクラッチ摩耗（より高い初期ギヤが選択されると、クラッチは、完全に閉じる前により長くスライドすることになる）と、選択された初期ギヤで車両が達する速度（ギヤが高くなると、ギヤチェンジが必要になる前により高いスピートに達する）との妥協点を示す。

制御システムによる初期ギヤの決定は、通常、車両の状態、たとえば、現在の車両重量と、その周囲状況、たとえば、その時に車両がある走行表面の勾配の両方に関する現在のデータに基づく。たとえば、車両が上り坂ではなく下り坂にある場合には、通常、より高い初期ギヤを選択することができる。

初期ギヤ選択は、さらに、それぞれの車両の内燃機関の性能に関する知識と、（たとえば、無積載状態と最大積載状態との間で大幅に変わり得る）車両の現在の重量とに基づくことができる。また、ギヤボックスの様々な利用可能な変速比は決定に影響を与えることがある。

走行表面の勾配は、たとえば、動作中に車両に作用する力の結果をすべて表す形態の走行抵抗に基づいて、たとえば、いくつかの異なるよく知られた方法で決定することができ、車両の速度、内燃機関の駆動トルク、車両の構成、および他の周囲データを知ることに基づいて計算することができる。

また、勾配は、任意の好適なタイプの勾配センサ、たとえば、加速度計によって決定することができる。代替的には、道路勾配は、たとえば、車両中に提供された道路勾配データベースを用いて決定することができ、それにより、これらのデータを、たとえば、ＧＰＳ受信器を用いて入手可能な車両の位置と組み合わせて、車両の制御システムが、車両の前方の道路の性質を認識し、自動初期ギヤ選択においてこれらのデータを使用することを可能にする。

初期ギヤ選択は、たとえば、車両が停止するとすぐに、あるいは車両が停止する前であるが、今にも停止しそうなくらい低速まで速度がブレーキングされたときに行われるように構成することができる。したがって、同様に、選択されたギヤは、初期ギヤ選択が行われるとすぐに係合することができ、すなわち、車両が停止する前にギヤ係合も起こり得る。代替的には、初期ギヤ選択は、車両を動作させるべきときに行うことができ、たとえば、運転者がアクセルペダルを押すことによって決定することができるが、そのような遅い段階での初期ギヤの決定は、その後の遅いギヤ係合とともに、運転者にはマイナスに見えるであろう遅延を生じることがある。

ステップ２０１が初期ギヤを選択すべきであると決定する場合、方法は、ステップ２０２に進む。上述のような初期ギヤの従来技術による決定の代わりに、本発明は、運転者が初期ギヤ選択を手動で指定したかどうかを決定する。車両タイプに応じて、この決定を実効化する様々な方法があり、たとえば、車両のモードセレクタは、ギヤ選択後に手動で影響を及ぼす位置を含むことができる。

上述のように、車両の運転者は、運転者がモードセレクタをばね荷重された「＋」位置および「−」位置まで移動させることによって、シフトアップ／シフトダウンに影響を与えることができる位置まで、たとえば、横方向にモードセレクタを移動させることによって、ギヤ選択に影響を与えることができる。これにより、運転者が連続したシフトアップ／シフトダウンを実効化することが可能になる。

モードセレクタを手動ギヤチェンジのための位置まで移動させる代わりに、車両は、代替的に、連続したシフトアップ／シフトダウンを同様に実効化するために、たとえば、ステアリングホイールに載置された「ペダル」を備えることができる。

したがって、本発明によれば、ステップ２０２は、車両が停止する前に（あるいは、車両がまだ停止していない場合には、停止しようとしているときに）、運転者によって、たとえば、モードセレクタまたはペダルを用いて手動で設定されたギヤで車両が運転されたかどうかを決定する。手動で設定したギヤで運転されていなかった場合には、方法はステップ２０３に進み、上述したような通常の方法で自動的に初期ギヤ選択を行う。

反対に、手動で選択されたギヤで車両が停止した（あるいは、停止しようとしている）場合には、方法はステップ２０４に進み、手動で選択されたギヤが、車両の制御システムにしたがって最も適切であると見なされる初期ギヤよりも低いギヤ（すなわち、より高い変速比）であるかどうかを決定する。手動で選択されたギヤが自動的に選択された初期ギヤよりも低い場合、方法はステップ２０５に進み、自動的に選択された初期ギヤのかわりに運転者が指定した（手動で選択された）ギヤを適用する。しかしながら、ステップ２０４で、手動で選択されたギヤが自動ギヤ選択よりも高いことが明らかになった場合には、制御システムは、通常、最も高い適切なギヤと見なされる初期ギヤを選択するので、方法はステップ２０３に進む。

したがって、本発明により、運転者によって選択されるギヤが、制御システムによる最も適切なギヤよりも低い場合、車両が、常に、運転者によって選択されたギヤで動作されることを保証することが可能になり、上述のように、渋滞などの状況における車両の運転を運転者にとって心地よい方法で行うことができるという利点をもたらす。

したがって、車両の運転者は、たとえば、車両の低速で動いている渋滞でしばしば効果のある低速度に車両を適合するために、モードセレクタを使用して非常に低いギヤ（高い変速比）にギヤボックスを設定する。制御システムにより、より高いギヤが必要とされることが後で明らかになった場合、たとえば、ギヤチェンジを必要とする車両は内燃機関速度まで加速しているので、制御システムは、運転者からの手動入力で、または運転者からの手動入力なしに自動ギヤチェンジに変更することができる。方法はステップ２０６で終了する。

本発明は、従来のギヤボックスに関して上述してきたが、車両が上述のような変速比の自動的な選択のために構成され、それぞれの変速比が運転者によって影響を受けると仮定すると、他のタイプのギヤボックス、たとえば、ＣＶＴ（無段変速トランスミッション）ギヤボックスに適用可能である。

本発明の様々な実施形態について上記に例示してきたが、当業者には、本発明から逸脱することなく、様々な変形形態および修正形態が可能であることが理解されよう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲に示された以外に限定されるものではない。

Claims (12)

1. 車両のギヤボックスの制御方法であって、前記車両が、内燃機関に接続されて様々な変速比に設定することができるギヤボックスを自動制御するための制御システムを有し、前記制御システムによる変速比の選択に、前記車両の運転者が影響を与えることができ、前記制御システムが、静止状態から前記車両を動作させる際の初期変速比を選択するように適合されている方法であり、
   −前記制御システムを使用して第１の初期変速比を決定するステップと、
   −前記車両を停止させるときに前記車両が走行している変速比である、前記車両の運転者によって示された第２の初期変速比を決定するステップと、
   −前記制御システムによって決定された前記第１の初期変速比よりも前記車両の運転者によって示された前記第２の初期変速比が高いとき、前記車両の運転者によって示された前記第２の初期変速比に前記ギヤボックスを設定するステップと
   を含む方法。
2. 前記車両の運転者によって示された前記第２の初期変速比が、前記運転者が手動で設定した比率である、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の初期変速比は、前記運転者がモードセレクタを用いて設定する、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記車両を停止させた後で前記内燃機関のスイッチを切らず、再び前記車両を動作させているときにのみ適用される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記車両の速度が第１の速度を下回ったときに前記初期変速比を決定する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 実質的に前記初期変速比を決定した直後に、前記ギヤボックスを前記初期変速比に設定する、請求項５に記載の方法。
7. 前記車両が静止状態のときに適用される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記ギヤボックスが複数の別個のギヤを備え、前記第１の変速比より高い前記第２の変速比が、前記第１の変速比に対応するギヤよりも低いギヤに前記ギヤボックスを設定することによって決定される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. プログラムコードを含むコンピュータプログラムであって、前記プログラムコードは、コンピュータで実行されると、前記コンピュータに請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法を適用させる、コンピュータプログラム。
10. コンピュータ可読媒体と、請求項９に記載のコンピュータプログラムと含むコンピュータプログラム製品であって、前記コンピュータプログラムが前記コンピュータ可読媒体に含まれている、コンピュータプログラム製品。
11. 車両のギヤボックスを自動制御する制御システムであって、前記車両が、内燃機関に接続されて様々な変速比に設定することができるギヤボックスを有し、前記制御システムによる変速比の選択には、前記車両の運転者が影響を与えることができ、前記制御システムが、静止状態から前記車両を動作させる際の初期変速比を選択するように適合されているシステムであり、
    −第１の初期変速比を決定する手段と、
    −前記車両を停止させたときに前記車両が走行していた変速比である、前記車両の運転者によって示された第２の初期変速比を決定する手段と、
    −前記制御システムによって決定された前記第１の初期変速比よりも、前記車両の運転者によって示された前記第２の初期変速比が高いときに、前記車両の運転者によって示された前記第２の初期変速比に前記ギヤボックスを設定する手段と
    を備えることを特徴とする、システム。
12. 請求項１１に記載のシステムを備えることを特徴とする車両。

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