JP2015165130A

JP2015165130A - 可変容量型変速機用ポンプ及び適応制御を備えたコントローラ

Info

Publication number: JP2015165130A
Application number: JP2015021816A
Authority: JP
Inventors: シロマウサー，; Mauser Thilo; ヴァンドアングエン，; Doan Nguyen Van
Original assignee: Magna Powertrain Bad Homburg GmbH
Current assignee: Magna Powertrain Bad Homburg GmbH
Priority date: 2014-02-11
Filing date: 2015-02-06
Publication date: 2015-09-17
Anticipated expiration: 2035-02-06
Also published as: DE102015202005A1; KR101735906B1; US9874209B2; US20150226216A1; CN104832630B; CN104832630A; JP6080022B2; KR20150094524A; CA2881452A1

Abstract

【課題】変速機内のポンプの確実な動作のためには、強固な制御安定性が必要である。
【解決手段】排出容積を調整するためのコントローラ３３を有する可変容量型変速機用ポンプであって、かかるコントローラは、油圧で作動する変速機に供給するための一定のポンプ出口圧を実現するために、ポンプが最小排出容積から最大排出容積まで調整されうるように、制御弁１５を介して、調整可能ポンプの対応する調整器アクチュエータ５，７を始動させ、調整可能ポンプと変速機の両方の異なる動作点について、コントローラの入力変数は、ポンプと変速機とを備える制御システムの全体的な減衰が、すなわち、これらのシステムからの対応する影響変数を使用して、調整可能なコントローラ利得という手段によって、可変的な動作条件の下で、実質的に一定に維持されうる、個々の動作点とは無関係な様態で、調整される。
【選択図】図１

Description

本発明は、変速機用ポンプ、特に、可変容量及び制御を備えた電動オイル／潤滑油ポンプに関する。可変容量型変速機用ポンプの出口圧の制御には、ポンプ出口圧を、消費装置の体積流の総量とは無関係に、一定に維持するという役割がある。この目的のために、ポンプ送出流量は、消費装置が実際に必要とする体積流のみが送出されるという様態で、影響を受ける。

圧力制御は通常、油圧又は機械的手段によって実践され、差動ピストンに作用する力の差異が入力変数として使用される。この力の差異は、ポンプの設置に先立って、全ての動作点について妥当であるように選択される必要があり、かつ、恒久的に設定される必要がある。

今日の乗用自動車の自動変速機における傾向は、ポンプによる動力消費を可能な限り低くすることによって、変速機の効率向上を実現するために、圧力拡散を広く（１から４０ｂａｒ）し、かつ、送出量を少なく（毎分１０Ｌ）する方向となっている。特に圧力制御型ポンプの場合には、このことによって多数の問題が生じる。何よりも、変速機内のポンプの確実な動作のためには、強固な制御安定性が必要である。しかし、総合システムの重要な動作点のために策定された一定のコントローラゲインがあることで、力学における対応する慣性、及び、非重要な動作点での総合システムの莫大なコントローラ偏差／ヒステリシスが、必然的に受容されなくてはならない。

従って、本発明の目的は、圧力制御システムを備えた可変容量型変速機用ポンプ、及び、上記の問題がない、対応するコントローラを実践することである。目的は、油圧で作動する変速機に供給するための、一定のポンプ出口圧を実現するために、ポンプが最小排出容積から最大排出容積まで調整されうるように、制御弁を介して、調整可能ポンプの対応する調整器アクチュエータを作動させる、コントローラを有するポンプによって達成され、調整可能ポンプと変速機の両方の異なる動作点について、コントローラの入力変数は、ポンプと変速機とを備える制御システムの全体的な減衰が、すなわち、これらのシステムからの対応する影響変数を使用して、調整可能なコントローラ利得という手段によって、可変的な動作条件の下で、実質的に一定に維持されうる、個々の動作点とは無関係な様態で、調整される。

加えて、目的は、調整可能なコントローラ利得と圧力との関係は、次の方程式

（ｐは、変速機入口での実際のシステム圧力であり、Ｖ_Ｒはコントローラ利得である。）に従って変化する、ポンプによって達成される。

本発明によるポンプは、利得と回転速度との関係は、次の方程式

（ポンプ回転速度）によって規定されることを特徴とする。

本発明によるポンプは、利得Ｖ_Ｒと送出流量との関係は、次の方程式

によって規定されることを特徴とする。（Ｑは体積流量に等しい。）

本発明によるポンプは、変速機と管路の容積、特に、圧力を受けるクラッチの容積を含む負荷容量との関係は、次の方程式

によって規定されることを特徴とし、ここで、Ｃ_ＨＯは、体積流の圧力を受けた管路の基本容量を表し、Ｃ_Ｈ，ｉは、圧力を受けるそれぞれのクラッチの個々の容量を表す。

本発明によるポンプは、動作点に従って、この制御システムによって、全体的に一定に維持される減衰係数Ｄ_０が、次の方程式

によって表されることを特徴とし、ここで、
Ｇ_Ｌは、ポンプ出口での消費装置スロットルのコンダクタンス係数に対応し、
Ａ_Ｋは、調整可能輪型カムのアクチュエータにおけるピストン面積に対応し、
Ｖ_Ｓは、圧力センサの変換値に対応し、
Ｖ_Ｖは、弁の送出値に対応し、
Ｃ_０は、弁の流れ増幅に対応し、
Ｃ_０Ｐは、ポンプの流れ増幅に対応し、かつ、
Ｃ_Ｈは、ポンプと管路を終結させる消費装置との間の合計油圧管路容量に対応する。

本発明によるポンプは、回転速度ｎとシステム圧力ｐが、対応する信号を介して、コントローラの第１区域に入力され、そこで処理されることを特徴とする。

本発明によるポンプは、出力信号が、容量Ｃ_Ｈを表す信号と共に、コントローラの第２区域で処理されることを特徴とする。

本発明によるポンプは、第２コントローラ区域からの信号が、第３コントローラ区域に送り込まれ、そこでそれは、基準値Ｕ_Ｓｏｌｌ、及び、ポンプ出口での圧力センサの信号と共に、実際のコントローラ信号であって、制御弁を調整し、それに応じて制御弁が、排出容積を調整するために、ポンプ内の一又は複数のアクチュエータを始動させるための、実際のコントローラ信号を表すことを特徴とする。

本発明によるポンプは、出口圧が増大するにつれて、及び／又は、ポンプ回転速度が増大するにつれて、及び／又は、送出流量が低減するにつれて、及び／又は、負荷容積が増大するにつれて、コントローラ利得が低減することを特徴とする。

本発明によるポンプは、ポンプ出口圧が低減するにつれて、及び／又は、ポンプ回転速度が低減するにつれて、及び／又は、ポンプの送出流量が増大するにつれて、及び／又は変速機の負荷容積が低減するにつれて、利得が増大することを特徴とする。

本発明によるポンプは、前述の利得の変化の結果として、ポンプと変速機とを備える総合制御ループの減衰係数を、所謂負荷として、実質的に一定に、従って安定的に、保つことを特徴とする。

本発明は以下、図を参照して説明される。
対応する制御システムを備えた可変容量ポンプを示す。システム圧力ｐ及び回転速度ｎの関数と利得Ｖ（ポンプ出口圧とポンプ回転速度とコントローラ利得Ｖ）との関係を概略的に示す。

図１は、調整可能ポンプ１を、第１アクチュエータ５と、ばね９を伴う第２アクチュエータ７によって様々な位置に調整されうる調整可能輪型カム３を備えた調整可能なベーンポンプとして、概略的に示す。アクチュエータ５が管路１１内のポンプ出口圧を受ける一方で、アクチュエータ５よりも妥当に広い、加圧された実効面積を有するアクチュエータ７は、アクチュエータ７の供給管路１３内の、制御弁１５によって影響を受けうる制御圧力を受ける。制御弁１５は、管路１１であって、更に油圧の消費装置、この場合は変速機へと繋がり、かつ、比例ソレノイド１９によって調製可能である制御弁１５の開口断面積に従って適宜変更されうる管路１１から、ポンプ出口圧を供給されうる。比例弁１５のピストンは、一方の側に、ばね２１、及び、基本的に加圧されない管路２３を介して変速機のタンク又はオイル溜めに繋がる圧力チャンバ２７を有し、他方の側には、比例ソレノイド１９と弁ピストンとの間で、タンク圧力管路２３と接続する更なる管路２５を有する。ばね２１は、比例ソレノイド１９にコントローラが供給した、対応するソレノイド電流ｉが通電される時に、比例ソレノイド１９の力に抗して特定の位置の均衡を保持する。オイル溜めへのタンク管路又は供給管路２３は、更に、ポンプ吸入チャンバ２９へと接続される。比例ソレノイド１９の電流ｉは、適切な増幅器３１によって供給され、次いで増幅器３１は、コントローラ３３から入力変数を入力する。コントローラ３３は、第１コントローラ区域３７、第２コントローラ区域３５及び第３コントローラ区域３３と称されることもある、区域３３、３５及び３７を含む総合コントローラ区域を表す。第１コントローラ区域３７は、ポンプ回転速度ｎと、ポンプによって変速機へと供給されるシステム圧力ｐを入力変数として入力し、対応する油圧及び物理的関係を特徴づける関数を形成する。コントローラ区域３７は、第２コントローラ区域３５向けの対応する入力信号を生成し、第２コントローラ区域３５は、対応する消費装置までの管路容積、又は、対応するクラッチにより自動変速機内に存在し、クラッチを作動させるために相応に加圧される容積を含む、油圧容量Ｃ_Ｈを追加的に処理する。この第２コントローラ区域３５の出力信号２は、次いで、第３コントローラ区域３３に供給され、第３コントローラ区域３３は、更なる入力信号として、コントローラの基準値Ｕ_ｓｏｌｌ、及び、対応する圧力センサ３９の信号を処理し、圧力センサ３９は、ポンプによって生成された、変速機入口に向けての出口圧、つまりシステム圧力を取得する。

ポンプコントローラ及びポンプ制御システムのこの配置の結果として、コントローラ利得は、油圧負荷システム、すなわち変速機とポンプ自体の両方の動作点に応じて調整可能となる。以下において、コントローラ利得の概念は、比例的に、統合的に、かつ差動的に、作動するコントローラ構成要素の全てを包括する。更に、コントローラ利得の変化中には、総合システムの動作点に応じて、コントローラ利得の個々の構成要素のみが関与しうる。コントローラ利得の基準としては、例えば、電気油圧式ポンプ制御システムの簡易版モデルのための、減衰係数の方程式が使用される。ポンプ圧力は、基準値になるよう制御される。ポンプ出口の近傍にある圧力センサを用いて、この電動コントローラによって処理される信号は基準値と比較され、電気的に始動される油圧弁、比例弁のための制御信号が出力される。弁の位置に応じて、ポンプは、排出容積を増大又は低減させる、油圧によって生成された力を受ける。圧力制御システムの実際の減衰係数は、方程式で特定されたパラメータに加えて、弁におけるポンプの内力の損失、及び漏出によって影響を受けるが、それらは単純化のために本書では無視する。

従って、減衰率は、基本的に、

ということになり、ここで、Ｇ_Ｌは、ポンプ出口での、所謂消費装置スロットルの、すなわち、変速機の総合システムのコンダクタンス係数であり、Ａ_Ｋは、アクチュエータ（輪型カム）におけるピストン面積であり、Ｖ_Ｓは、圧力センサの変換値であり、Ｖ_Ｖは、弁の送出値であり、Ｃ_０は、弁の流れ増幅であり、Ｃ_０Ｐは、ポンプの流れ増幅であり、かつ、Ｃ_Ｈは、ポンプと消費装置との間の油圧管路容量である。

適応して妥当に変化する上述のコントローラ利得は、定数Ｖ_Ｒとしてここに包含される。調整可能なコントローラ利得の目的は、従って、可変的な動作条件の下での、一定の減衰係数である。従って、下記に表されるコントローラ利得が得られる。
圧力との関係：

であることから、コントローラ利得は、

に従って可変であるべきである。
回転速度との関係：
ポンプの流れ増幅Ｃ_０Ｐは、ポンプ回転速度に比例する。従って、コントローラ利得は、

を使用して、適合すべきである。
排出量との関係：
消費装置スロットルのコンダクタンスは排出量Ｑ_１に比例する性質を示すことから、

は、コントローラ利得の適合のためのオリエンテーションとして当てはまる。
管路容量との関係：
ポンプ出口と消費装置との間の油圧容量を定めることは困難である。しかし、それは、変速機内の加圧されたクラッチの数及びサイズによって実質的に決定されることから、変速機内のクラッチの与圧を変化させる時に、コントローラ利得を適合させることが妥当である。ポンプ出口圧を調節する時に、以下の方程式が当てはまる。

従って、

は、ポンプ出口圧の調節に当てはまりうるが、ここで、Ｃ_Ｈ，ｉはクラッチの個々の容量であり、Ｃ_Ｈ０は管路の基本容量である。

図２は次いで、コントローラ利得Ｖ（又はＶ_Ｒ）と、システム圧力ｐ（すなわち、ポンプ出口における出口圧、又は、変速機システム向けの入口圧）と、回転速度ｎ（すなわちポンプ回転速度）との間の、相互関係を概略的に示す。純粋に概略的に、システム圧力ｐの上昇に伴ってコントローラ利得は下落しなければならないということ、及び、回転速度ｎの上昇に伴って利得は同様に下落しなくてはならないということが分かる。そのため、これは、全体的な、三次元の入力／出力マップを生じさせ、対応するポンプ制御システムの動作点との関係は、このマップに一致する。

１ポンプ
３輪型カム
５アクチュエータ
７アクチュエータ
９ばね
１１管路
１３供給管路
１５制御弁
１９比例ソレノイド
２１ばね
２３管路
２５管路
２７圧力チャンバ
２９ポンプ吸入チャンバ
３１増幅器
３３コントローラ区域
３５コントローラ区域
３７コントローラ区域
３９圧力センサ

Claims

排出容積を調整するためのコントローラを有する可変容量型変速機用ポンプであって、
かかるコントローラは、油圧で作動する変速機に供給するための一定のポンプ出口圧を実現するために、前記ポンプが最小排出容積から最大排出容積まで調整されうるように、制御弁を介して、前記調整可能ポンプの対応する調整器アクチュエータを始動させ、
前記調整可能ポンプと前記変速機の両方の異なる動作点について、前記コントローラの入力変数は、ポンプと変速機とを備える制御システムの全体的な減衰が、すなわち、これらのシステムからの対応する影響変数を使用して、調整可能なコントローラ利得という手段によって、可変的な動作条件の下で、実質的に一定に維持されうる、
個々の前記動作点とは無関係な様態で調整される、可変容量型変速機用ポンプ。
前記調整可能なコントローラ利得（Ｖ_Ｒ）と圧力との関係が、次の方程式

（ｐ＝ポンプ出口圧、例えばシステム圧力）に従って変化することを特徴とする、請求項１に記載のポンプ。
前記利得と回転速度との関係が、次の方程式

（ポンプ回転速度）によって規定されることを特徴とする、請求項１に記載のポンプ。
前記利得Ｖ_Ｒと送出流量との関係が、次の方程式

（Ｑは体積流量に等しい）によって規定されることを特徴とする、請求項１に記載のポンプ。
変速機と管路の容積、特に、圧力を受けるクラッチの容積を含む、負荷容量との関係が、次の方程式

によって規定されることを特徴とし、ここで、Ｃ_ＨＯは、体積流の圧力を受けた、管路の基本容量を表し、Ｃ_Ｈ，ｉは、圧力を受けるそれぞれのクラッチの個々の容量を表す、請求項１に記載のポンプ。
前記動作点に従って、この制御システムによって、全体的に一定に維持される減衰係数Ｄ_０が、次の方程式

によって表されることを特徴とし、ここで、
Ｇ_Ｌは、前記ポンプ出口での消費装置スロットルのコンダクタンス係数に対応し、
Ａ_Ｋは、調整可能輪型カムの前記アクチュエータにおけるピストン面積に対応し、
Ｖ_Ｓは、圧力センサの変換値に対応し、
Ｖ_Ｖは、弁の送出値に対応し、
Ｃ_０は、弁の流れ増幅に対応し、
Ｃ_０Ｐは、前記ポンプの流れ増幅に対応し、かつ、
Ｃ_Ｈは、ポンプと管路を終結させる前記消費装置との間の合計油圧管路容量に対応する、請求項１に記載のポンプ。
前記回転速度ｎと前記システム圧力ｐが、対応する信号を介して、コントローラの第１区域に入力され、そこで処理されることを特徴とする、請求項１に記載のポンプ。
出力信号が、前記容量Ｃ_Ｈを表す信号と共に、第２コントローラ区域で処理されることを特徴とする、請求項１に記載のポンプ。
前記第２コントローラ区域からの信号が、第３コントローラ区域に送り込まれ、そこでそれは、基準値Ｕ_Ｓｏｌｌ、及び、前記ポンプ出口における圧力センサの信号と共に、実際のコントローラ信号であって、制御弁を調整し、それに応じて前記制御弁が、前記排出容積を調整するために前記ポンプ内の一又は複数の前記アクチュエータを始動させるための、前記実際のコントローラ信号を表すことを特徴とする、請求項１に記載のポンプ。
出口圧（ｐ）が増大するにつれて、及び／又は、ポンプ回転速度が増大するにつれて、及び／又は、送出流量が低減するにつれて、及び／又は、負荷容積（Ｑ）が増大するにつれて、前記コントローラ利得（Ｖ_Ｒ）が低減することを特徴とする、請求項１に記載のポンプ。
ポンプ出口圧（ｐ）が低減するにつれて、及び／又は、ポンプ回転速度が低減するにつれて、及び／又は、前記ポンプの送出流量が増大するにつれて、及び／又は前記変速機の負荷容積（Ｑ）が低減するにつれて、前記利得（Ｖ_Ｒ）が増大することを特徴とする、請求項１に記載のポンプ。
前述の前記利得（Ｖ_Ｒ）の変化の結果として、ポンプと変速機とを備える総合制御ループの前記減衰係数（Ｄ_０）を、所謂負荷として、実質的に一定に、従って安定的に、保つことを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載のポンプ。