JP2018521279A - ギアボックスアクチュエータの位置を制御する方法 - Google Patents

ギアボックスアクチュエータの位置を制御する方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、ギアボックスの２つのシャフトの同期の準備段階の最後に、２つのシャフトの速度差を、これらのシャフトの機械的係合が可能な範囲に至らしめるようにトルクが制御されているトラクション機械によって、あるギア比に係合するために枢要な役割を果たす、ギアボックスアクチュエータの位置を制御する方法に関する。本発明は、２つのシャフトのうちの１つで測定された速度が、ギアボックスアクチュエータに、及びこの機械のトルクの推定値に応じて予期される値に関連して、このシャフト上で保持されている慣性に応じて保持されている速度に収束することが確保されることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、ギアボックスのモニタリングに関し、具体的には、熱機関及び電気トラクション機械といった２つの原動力を使用して種々のギアボックス比を提供する、ドッグクラッチ付きハイブリッドギアボックスに関する。
より具体的には、ギアボックスの２つのシャフトの同期の準備段階の最後に、２つのシャフトの速度差を、これらのシャフトの機械的係合が可能な範囲に至らしめるようにトルクが制御されているトラクション機械によって、あるギア比に係合するために枢要な役割を果たす、ギアボックスアクチュエータの位置をモニタリングする方法に関する。
本発明は、排他的にではないが具体的に、スライドギアタイプのシフトアクチュエータを有し、機械的同期手段を何ら有さない、「ドッグクラッチ」として知られるギアボックスに適用可能である。しかし、ギアシフト中にドッグクラッチの係合を可能にするためには、ギアボックスのシャフトの同期は必須である。これは、モニタリングされている速度差がドッグクラッチの連結を生じせしめるものになるように、原動力を微調整することを必要とする。
図１は、熱機関１、電気機械、及びスライドギアタイプの３つのシフトアクチュエータＣ１、Ｃ２、Ｃ３を備え、機械的同期手段を有さないパラレルシャフトギアボックス３からなる、ハイブリッドパワートレインの一実施例を示す。図２は、ＥＶ１（ローギア）からＥＶ２（ハイギア）のギア比へのシフトの場合の、シフトの様々なステップを示す。曲線（ａ１）及び曲線（ａ２）は、ドッグクラッチの設定点の位置と、測定された位置とをそれぞれ示している。５ｍｍを超える位置は、ＥＶ１のギア比に係合していることを示す。−５ｍｍを超える位置は、ＥＶ２のギア比に係合していることを示す。ギア比をシフトさせるのに、ドッグクラッチは、まず０ｍｍのところのニュートラル位置に置かれる（どのギア比にも係合していない）。次に、電気機械のコントローラを使用して、ＥＶ２のギア比への係合が可能になる速度で回転する。電気機械の速度曲線（ｂ）は、同期中に６０００ｒ．ｐ．ｍ．から約２２００ｒ．ｐ．ｍ．へと変化する。速度が安定すると、ドッグクラッチが係合しＥＶ２のギア比にシフトする。
この機構の信頼性要件を満たすため、ドッグクラッチは確実に当初のギア比から係合解除されなければならない。さもないと、電気機械２を同期させることは不可能である。これは、もし係合解除が失敗すると、この機械の同期アルゴリズムが、エンジンの速度を同期目標に合わせようとしてギアボックスに非常に大きなトルクをかけるだろうからである。上記のギア比にシフトする例では、この機械は、約−２２０Ｎｍ（制動トルク）である最低トルクを生成するであろう。クラッチ切り離しが失敗して機械がこのトルクを生成することが可能になった場合、これによって望ましくない減速が生じるであろう。なぜなら、この機械の制動トルクが車輪に伝達されるからである。逆の（例えばＥＶ２からＥＶ１への）シフトの場合、クラッチ切り離しの失敗によって、望ましくない加速が生じる。
公報ＦＲ２，９１７，４７９号は、係合したギア比の情報を制御されたシステム内で一元管理するためのギアボックス位置センサを開示している。このセンサは、駆動要素が死点位置にあるかどうかの情報を定期的に送達するデジタル信号に変換されるアナログ信号を提供するために、スライドギアといったギアボックスの内部駆動要素に接続されたターゲットと相互作用する、プローブを備える。同公報に記載のモニタリング方法は、ギアボックス内のシフトアクチュエータ上に専用の位置センサシステムを設けることを必要とするという欠点を有している。
本発明は、物理的センサなしでハイブリッドギアボックスのニュートラル位置を確保することを意図している。
この目的のため、本発明は、２つのシャフトのうちの１つで測定された速度と、このシャフト上で保持されている（ｏｂｓｅｒｖｅｄ（観測されている））慣性に応じて保持されている速度とを、ギアボックスアクチュエータに、及びこの機械のトルクの推定値に応じて予期される値に関連して、収束させることを提示する。好ましくは、以下の工程が実施される。
― 機械によって実際に供給されるトルクの推定値を計算すること、
― 保持されている最終の慣性値を使用することによって、保持されている速度値を更新すること、
― 測定された速度と保持されている速度との差異に応じて、保持されている慣性値を更新すること。
本発明は添付の図面を参照しつつ、本発明の非限定的実施形態の以下の記載を読むことによって、より容易に理解されるであろう。
ハイブリッドギアボックスの単純化されたアーキテクチャの図である。 曲線が、ギアボックスのギアシフトの同期を示している。 第１の計算方法の結果を示す。 本発明の動作を概略的に示す。 慣性を更新する方法を示す。 この曲線は、定格のケースにおける本発明の使用の結果である。 この曲線は、クラッチ切り離しが失敗したケースにおける本発明の使用の結果である。
同期されるべきシャフトの運動方程式は、以下のとおりである。
Figure 2018521279
ここで、
― Ｊは同期されるべきシャフトの慣性であり、
―
Figure 2018521279
はシャフトの角加速度、即ちシャフトの回転速度の導関数であり、
― Ｔは電気機械によってシャフト上に生成されたトルクである。
パワートレインの計算ユニットに、シャフトの速度ωの測定値と、同期設定点トルクＴの測定値が与えられる。これらのデータは、ギアボックスの２つのシャフトの同期の準備段階の最後に、２つのシャフトの速度差を、これらのシャフトの機械的係合が可能な範囲に至らしめるようにトルクが制御されているトラクション機械によって、あるギア比に係合するために枢要な役割を果たす、ギアボックスアクチュエータの位置をモニタリングするために使用される。
上記のように、ハイブリッドギアボックスのニュートラル位置を確保するための提案されている解決法は、係合するギアボックスのシャフトの慣性の推定に基づいている。シャフトの慣性をモニタリングする第１のモードは、速度の測定値を微分することによってシャフトの加速度を計算することと、次いで計算した加速度で設定点トルクを除算することによって慣性を推定することとからなる。図３は、ある特定の実施例に関してこの方法によって得られた結果を示す。表されている曲線は、次のとおりである。
― 曲線に沿った速度ωの変化（曲線ｉ）
― 本方法による、慣性Ｊの直接の計算結果（曲線ｊ）
― 最も低い数値における同期設定点トルクＴ（曲線ｋ）。
速度測定における「ノイズ」のせいで、この微分演算によって大きな誤差が生じる。そのため、この方法では、慣性の推定を円滑化しようとしてローパスフィルタが追加された場合さえ、正確な推定を提供することが不可能である。慣性の推定を行うには、この単純な方法の性能は、容認可能なほど高くはない。
本発明は、測定の際のノイズレベルに影響されない、慣性の精細な推定を行うための別の方法を提示する。この方法がノイズレベルに影響されないのは、ノイズを増幅し得る微分演算を何ら使用せず、ノイズを除去する積分演算のみを使用するからである。本方法は、シャフト速度の観測器を使用する一方で、慣性値を調整し、それによって、測定された速度と保持されている速度を一致させる。本発明によると、２つのシャフトのうちの１つで測定された速度が、ギアボックスアクチュエータに、及びこの機械のトルクの推定値に応じて予期される値に関連して、このシャフト上で保持されている慣性に応じて保持されている速度に収束することが確保される。本方法は、ギア比の変更中にギアボックスアクチュエータがニュートラルにシフトするのをモニタリングするのに特に有用であるが、本発明の範囲から逸脱することなく、アクチュエータの他の位置をモニタリングするために同様の条件下で使用されてもよい。
この操作は、図４に示すとおりである。実トルクを推定するブロックは、トルク設定点上の単純なローパスフィルタであり、電気機械のトルク制御の応答時間を表している。実トルクの推定値は、推定された慣性によって除算され、「保持されている速度」は、この比の積分項である。慣性は、「保持されている速度」の値と測定された速度の値との間の差異に基づいて、及び慣性更新ブロック内の実トルクの推定に基づいて、更新される。
慣性は、図５のブロック図に従って、上記の（慣性更新）ブロックで、起動信号に応答して慣性コントローラ内で更新される。この信号は、推定されたトルクの絶対値が閾値を上回る場合に送達される。「保持されている慣性」は、速度差と推定されたトルクとの積に基づいて、コントローラ内で計算される。この値は、この積の比例利得と積分利得（積分によって得られる）との和である。
したがって、計算のステップは以下のとおりである。
― 例えば、同期アルゴリズムから得られる設定点をフィルタリングすることによって、機械によって実際に供給されるトルクの推定値を計算するステップ
― 保持されている最終の慣性値を使用することによって、保持されている速度を更新するステップ
― 測定された速度と保持されている速度との間の差異に応じて、保持されている慣性の値を更新するステップ。
上記の更新は、設定点トルクが速度の変更に至るほど十分に大きいという条件で、実施されてよい。認められている速度の閾値は、例えば、２２０Ｎｍまで供給が可能な機械に関して、約５Ｎｍである。保持されている速度は、好ましくは、推定された実トルクを、保持されている最終の慣性値で除算したものを積分することによって見つけられる。
この演算のシーケンスは、速度の測定と同期トルクの更新の都度、繰り返されてよい。この手順の中で、同期されるべきギアボックスの慣性は、２つのシャフトのうちの１つで測定された速度と、このシャフト上で保持されている慣性の値と機械のトルクの推定とに応じて保持されている速度との収束を、確保することによってモニタリングされる。
本発明の使用によって得られた結果が、図６及び図７の曲線によって示されている。図６は、シフトアクチュエータの正常な動作状況（ドッグクラッチの連結に何ら失敗が起きていない）に対する本方法の適用を表す。第１の曲線（ｕ）は、測定された速度と保持されている速度とを重ね合せたものである。観測器によって、保持される速度の測定された速度に向けた収束が確保されている。第２の曲線（ｓ）は、保持されている慣性Ｊの変化を示す。最後の曲線（ｔ）は、同期設定点トルクＴの変化を示す。
図７の曲線（ｕ）、（ｓ）、（ｖ）は、図６の各曲線と対応しており、クラッチ切り離しの失敗を表している。なぜならば、保持されている慣性が、約５０ｍｓの時点で９００ｇｍ２の閾値を超えているからである。この状況において、同期のシーケンスがわずか５０ｍｓ後に中止されると、この短い時間に車輪に供給されるトルクは、運転者には知覚されない。このシーケンスを中止することによって、クラッチ切り離しの失敗時には通常知覚され得る、望ましくない加速及び減速を回避することが可能になる。
同期が定格条件下で起こることを確保するため、本発明は、同期を実施する、機械の「慣性観測器」をコントローラに導入することを提案する。正常な条件下における制御手順中、（ドッグクラッチがニュートラル位置にあるため）、シャフトの慣性は、通常、約５０ｇｍ２である機械の慣性に限定されるはずである。しかし、クラッチ切り離しが失敗した場合には、車両の慣性が機械の慣性に変換され、結果として約１ｋｇｍ２に相当する慣性を受ける。本発明によってライン上の慣性が推定される場合、保持されている慣性が閾値（記載の例では例えば９００ｇｍ２）を超過するや否や、同期は中止されてよい。
要するに、提案されている方法は、仮想の「慣性コントローラ」を使用することによって、ギアボックスアクチュエータのいかなる不具合をも確実に検出し、クラッチ切り離しが失敗した場合にギアシフトを確実に行うための、一連の工程からなっている。この慣性コントローラは、速度差と推定されたトルクとの積に対して、比例利得と積分利得を加算したものである。この演算によって、ギアボックスが高いレベルの性能を有することが確保される。記載の例示的な実施形態では、コントローラは、予測された慣性と保持されている慣性との間の比が２０変化する間に、アクチュエータの不具合を検出することが可能である。
この推定の正確性が、以下のような他の機能を提供するのにも十分なものであることも、分かっている。
― 慣性が低下したことを観測することによって熱機関が連結解除したかどうかをチェックすること、または
― （機関の慣性に変換された）車両の慣性の変化に基づいて、新たなギアへの係合を確保すること。

Claims (7)

  1. ギアボックスの２つのシャフトの同期の準備段階の最後に、２つのシャフトの速度差を、前記シャフトの機械的係合が可能な範囲に至らしめるようにトルクが制御されているトラクション機械によって、あるギア比に係合するために枢要な役割を果たす、ギアボックスアクチュエータの位置をモニタリングする方法であって、前記２つのシャフトのうちの１つで測定された速度が、前記ギアボックスアクチュエータに、及び前記機械のトルクの推定値に応じて予期される値に関連して、前記シャフト上で保持されている慣性の値に応じて保持されている速度に収束することを確保することによって、前記アクチュエータのニュートラルへのシフト切り替えが、ギア比変更の間にモニタリングされることを特徴とする、位置をモニタリングする方法。
  2. ― 前記機械によって実際に供給される前記トルクの推定値を計算する工程、
    ― 保持されている最終の慣性値を使用することによって、保持されている速度値を更新する工程、
    ― 前記測定された速度と前記保持されている速度との差異に応じて、前記保持されている慣性値を更新する工程
    が実施されることを特徴とする、請求項１に記載の位置をモニタリングする方法。
  3. 前記慣性の前記更新が、電気機械の設定点トルクが速度の大きな変化に至るのに十分なほど大きいことを条件として実施されることを特徴とする、請求項２に記載の位置をモニタリングする方法。
  4. 前記慣性の前記更新が、速度差と推定されたトルクとの積に比例利得と積分利得とを加算することによって慣性コントローラ内で実施されることを特徴とする、請求項３に記載のモニタリングする方法。
  5. 速度の閾値が、２２０Ｎｍまで供給可能な機械にとって、約５Ｎｍであることを特徴とする、請求項３または４に記載のモニタリングする方法。
  6. 前記機械によって実際に供給される前記トルクの前記推定が、設定点トルクの値をフィルタリングすることによって計算されることを特徴とする、請求項２から５のいずれか一項に記載の位置をモニタリングする方法。
  7. 前記保持されている速度が、推定された実トルクを保持されている最終の慣性値で除算したものを積分することによって見つけられることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の位置をモニタリングする方法。
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