JP2019533782A - ギヤボックスシャフトの遊び歯車を同期させる方法 - Google Patents

Abstract

車両の駆動源に接続された少なくとも１つの一次シャフトと、トルクをある伝達比で駆動源から車両のホイールに伝達する遊び歯車を保持する少なくとも１つの二次シャフトと、機械的同期部材なしに遊び歯車をシャフトに連結する少なくとも１つの連結手段とを備える、平行シャフトギヤボックスの二次シャフト上の遊び歯車を連結する前に、遊び歯車を同期させる方法であって、駆動源が、係合されるべき伝達比で同期速度に対して速度差を付与する速度で、連結前に制御され、速度差が、速度差の消滅に応じて連結時に車両によって吸収されるエネルギー量の関数として決定されることを特徴とする、方法。【選択図】図４

Description

本発明は、ギヤボックス内におけるギヤシフトの制御の分野に関する。

より詳細には、本発明の目的は、平行シャフトギヤボックスの二次シャフトに遊び歯車を連結する前に、遊び歯車を同期させる方法であり、平行シャフトギヤボックスは、車両の駆動源に接続された少なくとも１つの一次シャフトと、トルクをある伝達比で駆動源から車両のホイールに伝達する、遊び歯車を保持する少なくとも１つの二次シャフトと、機械的同期部材なしに遊び歯車を二次シャフトに連結する少なくとも１つの手段とを収容している。

本発明は平行シャフトを有するハイブリッド変速装置または電気式変速装置に適用可能であり、これらの変速装置では、トルクまたは速度に関して電気的または熱的牽引源が制御されるため、車両のホイールに接続されたシャフトにおいて回転自在であるギヤホイールの同期が確保される。平面を有する噛合い歯（dogging teeth）、またはドッグを備えた遊び歯車の機械的接続を担保するために、連結手段がシャフト上で変位される場合に、非限定的ではあるが好ましい適用例が見出される。

本発明は、特に、異なる伝達比でホイールにトルクを伝達可能な第１のギヤボックスの入力シャフトに接続された熱機関と、第２の入力シャフトに接続された第１の電気機械と、ギヤボックスの第１または第２の入力シャフトに交互に接続された第２の電気機械とで構成される、ハイブリッドパワートレインを対象とする。

遊び歯車をシャフトに連結する部材が、連結前に速度差を低減することを可能にする機械的同期部材と関連付けられていないとき、また牽引源がボックスの一次シャフトにリンクされたままのとき、動作中の牽引源を制御することによって、シャフトにおける遊び歯車の同期が実施される。

ギヤボックスシャフトの歯車を同期する方法は、文献ＦＲ ２ ９８８ ７９９により知られており、この方法では、一次速度（primary speed）と二次速度（secondary speed）との差に減速比を掛けたものを最小限に抑えるために、最小伝達可能トルクに等しい基準トルクを制御する信号を生成するようにエネルギー源が制御される。

ドッグと遊び歯車との同期を制御することによって、ある比の係合を可能にするためには、これらの要素間に速度差を確立することが必要であり、この速度差は、遊び歯車の２つの歯の間にアイドラーのドッグを挿入できるように、歯の当接（tooth-against-tooth）の阻害の持続時間が制限されるような形で一般に固定されている。速度差は、例えば、約５０ｒｐｍに調整されてもよい。連結中、この速度差は瞬間的に消滅するが、それは、牽引源の速度が、新しい比で二次シャフトによって付与される値に瞬間的に至るためである。制御された牽引源は衝撃を受けるが、そのエネルギーは車両によって吸収される。吸収エネルギーが特定量を超えると、衝撃は車両の乗員によって不快感として知覚される。

本発明の目的は、連結速度の制御された同期と関連付けられたこれらの欠点を回避することである。

この目的のために、本発明は、係合されるべき伝達比で同期速度に対して特定の差（differential）を付与する速度で、連結前に駆動源が制御されることを提案する。速度差は、速度差の消滅に応じて、連結時に車両によって吸収されるエネルギー量の関数として決定される。

好ましくは、速度差は、車両によって吸収されるエネルギー量を許容閾値未満に維持するために計算される。

本発明は、添付図面を参照して特定の実施形態の以下の説明を精査することによって、より容易に理解されるであろう。

ハイブリッドギヤボックスの構造図である。 歯車の連結を示す図である。 シフト中の位置および速度に対する曲線を示す図である。 ハイブリッドギヤボックスの二次シャフトの速度の関数として速度差の曲線を示す図である。 ハイブリッドギヤボックスの二次シャフトの速度の関数として速度差の曲線を示す図である。 ハイブリッドギヤボックスの二次シャフトの速度の関数として速度差の曲線を示す図である。

図１のギヤボックス１は、例えば「自動化」タイプのものであり、つまり、機能はマニュアルボックスの機能であるが、ギヤシフトが自動化されているものである。ＨＳＧ（ハイブリッドスタータジェネレータの略）５と呼ばれる電気機械、中実の一次シャフト４上の熱機関３が、図面に表されている。先のものよりも強力なＭＥと呼ばれる別の電気機械２が、中空の一次シャフト６上に装着されている。ギヤボックスの二次シャフト７は差動装置（図示せず）に接続され、次いで車両のホイールに接続されている。

第１の連結手段８は、二次シャフト７上に載置され、２つの電気比［ＥＶ１］および［ＥＶ２］を利用可能にするために、ギヤボックスの残りの部分とは独立した形で、電気機械ＭＥ２の比を修正できるようにしている。第２の連結手段９は、中実の一次シャフト４上に載置され、電気比とは独立して２つの温度比［Ｔｈ２］および［Ｔｈ４］を確立するために、電気比とは独立した形で熱機関３の比を修正できるようにしている。第３の連結手段１１は、移動シャフト１０上に載置され、図の右側に向かって移動したときに第３の温度比［Ｔｈ３］を確立できるようにしている。第１の電気機械２（ＭＥ）に対する所望の比、および熱機関３（Ｍｔｈ）および第２の電気機械５（ＨＳＧ）に対する所望の比を、独立した形で選択することが常に可能である。温度比と電気比の組み合わせによって、ハイブリッド比を達成することができる。

図１のギヤボックスはハイブリッドギヤボックスであり、その連結部材は、いかなる機械的な同期手段（同期装置）ももたないが、一般に「ドッグ」と呼ばれる平坦な噛合い歯１２を有しており、噛合い歯１２は、図２に示されるように、同様に平坦な歯車の連結歯１３と係合する。このドッグシステムは、統合された同期デバイスを有していない。しかしながら、比の係合は、歯車とそのシャフトとの速度差を低減した後でのみ、制御された差まで行われて、歯車の「噛合い」または「噛合いクラッチング」が可能になる。図２では、連結手段９、１０、または１１は、平坦な歯１３を有する２つのギヤホイール（図示せず）から等しい距離で、ニュートラル位置、つまり中央位置にある。

図３は、図１のギヤボックスにおける、第１の電気比ＥＶ１（低速比）から第２の比ＥＶ２（高速比）へのシフトに関するものである。図３は、シフトの異なる段階を示している。第１の曲線（Ａ）および（Ｂ）は、ドッグのセットポイント位置（Ａ）とその測定位置（Ｂ）とを示している。５ｍｍを超えると、第１の比ＥＶ１が係合される。−５ｍｍを下回ると、第２の比ＥＶ２が係合される。ＥＶ１とＥＶ２との比を変更するために、ニュートラル位置にあるドッグを０ｍｍ（比の係合なし）に置くことによって、比ＥＶ１は放棄される。次に、ＭＥが、速度（曲線Ｃ）で回転するように制御されて、比ＥＶ１の係合が６０００ｒｐｍから約２０００ｒｐｍまで変化することが可能になる。ＭＥがある速度で安定化されて、ドッグにおける適正な速度差が担保されると、ドッグが係合されてもよい。上述したように、噛合いの瞬間に、ＭＥは、ドッグにおける差を担保する速度から同期速度まで急激に移る。

歯車は、ギヤボックスの二次シャフトと同期され連結され、このギヤボックスは、車両の駆動源に接続された少なくとも１つの一次シャフトと、トルクを駆動源から車両のホイールへとある伝達比で伝達するために、遊び歯車１４を保持する少なくとも１つの二次シャフトと、歯車を連結する少なくとも１つの手段とを収容する平行シャフトボックスである。連結手段は、いかなる機械的同期部材も有していない。連結中、制御に関与する駆動源、この場合は電気機械ＭＥは、二次シャフトによって付与される速度でジャンプを経験する。ＭＥによって吸収されるエネルギーは、車両によって吸収される。この例では、歯車ＥＶ１の減算比（demultiplication ratio）は２．２６、ＥＶ２は０．８７なので、電気機械の速度はＥＶ１からＥＶ２へのシフトアップの際に低下する。比の変更の直前に、電気機械が６０００ｒｐｍで回転していた場合、二次シャフトは（６０００／２．２６）で回転しており、即ち比ＥＶ１においてω２＝約２６５０ｒｐｍである。可能な最高条件下で、つまり歯車１４の歯の間でドッグと確実に噛合いを担保するために、ＭＥは、正確な同期速度ではなく、約５０ｒｐｍの速度差が噛合い中にドッグと歯車との間に存在するように制御される。この値は、ドッグと歯車１４との間の「乗上げ（tooth-on-tooth）」の噛合いを防止する最大時間の関数として決定される。本明細書に記載する例では、例えば、噛合い中のドッグと歯車との間に５０ｒｐｍの差を提示するような形で、遊び歯車における速度２７００に対応するＭＥの速度で、噛合いが行われることが提案される。ＭＥは、噛合いの瞬間に、２７００×０．８７＝２３４９ｒｐｍ（ω１）から２６５０×０．８７＝２３０５ｒｐｍ（ω２）まで急激に移る。モータが０．０５ｋｇ／ｍ^２の慣性を有するとした場合、比ＥＶ２で噛み合う瞬間に車両によって吸収されるエネルギーＥは次式の通りである。

ＥＶ２からＥＶ１へのダウンシフトの場合、２６５０ｒｐｍの同じ二次速度で、ＥＶ１の遊び歯車の速度は、ＭＥω＝６１０２ｒｐｍの速度に対して２７００ｒｐｍの速度に調整しなければならない。ＭＥの速度は、噛合いの瞬間に、６０００ｒｐｍへと急激に移る。車両はエネルギーＥを吸収する。

噛合いの瞬間に吸収されるエネルギー量は、それ以前の約６倍である。これにより、特に高速でＥＶ１へとシフトする際に知覚される衝撃が発生する。この知覚を回避するために、本発明は、「乗上げ」の可能性のある最大時間の関数としてだけではなく、噛合いの際に車両によって吸収されるエネルギーの関数としても特定の形で、ドッグのレベルで速度差を調整することを提案する。したがって、駆動源は、係合されるべき伝達比で同期速度に対して速度差を付与する速度で、連結前に制御される。したがって、速度差は、急激な速度差の消滅に応じて、連結時に車両によって吸収されるエネルギー量の関数として決定される。

吸収されるエネルギーＥの量を制限するために、特定の二次速度から始まる速度差の低減が選択される。次に、速度差の消滅時に車両によって吸収されるエネルギー量を許容閾値未満に維持するために、速度差が計算される。

速度差の関数として、また二次シャフトの速度の関数として、吸収されるエネルギーＥは、次式のように記述することができる。
Ｅ＝Ｊ（（α（ω＋δ））^２−（αω）^２）
式中、
Ｅは、噛合いの瞬間に吸収されるエネルギー、
Ｊは、電気機械および直接接触している歯車の慣性、
αは、目標比の減算比、
ωは、二次速度、
δは、ドッグにおける速度差である。
補助の所与の速度ωで吸収されるエネルギーＥのレベルを提示するために、速度差は次式に等しくなければならない。

ＭＥの速度の関数として、ＥＶ２へのシフトに利用可能な２００ジュールのエネルギーを有するための速度差の曲線（Ｄ）が、図４にプロットされている。この曲線よりも下では、２００ジュールの閾値には達しない。５０００ｒｐｍ以下では、曲線（Ｄ）は５０ｒｐｍを超える。２００ジュールの目標を満たすために速度差を増加させることは必須ではない。５０００回転以上では曲線（Ｄ）は５０ｒｐｍの閾値（曲線（Ｅ））の下を通るので、これは当てはまらない。５０ｒｐｍの値は歯の当接における最大時定数を既に満たしているので、速度差を５０００ｒｐｍまで増加させる必要はない。したがって、図４における青色および緑色の曲線（Ｄ）と（Ｅ）の間の最小値を取ることによって、ＥＶ２へのシフトに関する差分マップ（differential map）を作成することが可能である。

本発明は、特に、吸収エネルギーの許容閾値を満たすために、二次シャフトの速度閾値まで速度差が一定の基準値で維持され、二次シャフトの速度が速度閾値を超えると、速度差が二次シャフトの速度の関数として低減されることを提案する。図５のマップが得られる。ＥＶ２からＥＶ１へのシフトの場合、消散エネルギーが大きく、情報の目的で上述した値の関数として図６のマップが得られる。同じ目的を満たし、シフトの快適さを保存するために、このシフトは、６００ｒｐｍからの速度差の低減を付与する。

上述の例のように、速度差の基準値は有利には５０ｒｐｍである。

可能な最良の条件下でこの方法を実現するために、本発明はまた、以下の実際的措置を採用することを提案する。
−連結手段と遊び歯車との要素間の連結を保証するために、それらの間で満たされる噛合時定数の関数として、速度差の一定値を決定すること、ならびに／あるいは、
−連結手段が遊び歯車に向かって前進する間、連結手段のドッグが遊び歯車の連結歯に接触する表面の関数として、噛合時定数を決定すること。

上記で考察したギヤシフトは電気比のシフトである。しかし、本発明の範囲から逸脱することなく、温度比のシフトに対して同じタイプの分析が実施されてもよく、通行中に車両によって吸収されるエネルギーを制御するために適用される方法は同じである。

最後に、マップがより低い値を与えた場合であっても、例えば「キックダウン」式の加速ペダルの押下げに応じた「ダウンシフト」の場合、速度差を５０ｒｐｍにするのが必要なことがある。実際には、速度差の低減によって、噛合いの間に知覚される衝撃は消滅するが、噛合い中の歯の当接がより長く阻害されることがある。しかしながら、ギヤシフトはわずかに長くなることがある。運転者による車両の加速ペダルの押下げに応じたダウンシフトの特定の例では、速度差はその基準値で維持されることがあるが、吸収エネルギーの許容閾値は超える。５０ｒｐｍの差に対して、噛合いは平均して１５０ｍｓかかる。差を２で割ることによって、シフト時間は二倍になる。運転者が強い加速を求める場合、噛合いを十分に迅速に保つために、差は５０ｒｐｍにされる。アクセルを思い切り踏み込んだ加速の場合の衝撃は、より許容可能である。

本発明により、噛合いに対する速度差の計算に新しい局面を組み込むことによって、図１のようなギヤボックスのハイブリッド比のシフトの品質における顕著な改善が可能になる。その実現に必要なのは、速度差の計算に対してソフトウェアを修正することのみであり、今後は、例えば「キックダウン」の場合を特定するために、二次シャフトの速度と加速ペダルの位置の勾配とに依存する。

本発明の範囲内で、複数の駆動源を有するハイブリッド変速装置の動作モードにしたがって、車両の電気的引機械、車両の熱牽引機関、または複数の駆動源のうちのいずれかを動作させることによって、速度差が確立される。

Claims (10)

1. 車両の駆動源（２）に接続された少なくとも１つの一次シャフト（６）と、トルクをある伝達比で前記駆動源から前記車両のホイールに伝達する、遊び歯車を保持する少なくとも１つの二次シャフト（７）と、機械的同期部材なしに前記遊び歯車をシャフトに連結する少なくとも１つの手段（８）とを収容する平行シャフトギヤボックスの二次シャフト上の前記遊び歯車を連結する前に、前記遊び歯車（１４）を同期させる方法であって、前記駆動源が、係合されるべき伝達比で同期速度に対して速度差を付与する速度で、連結前に制御され、前記差が、前記差の消滅に応じて連結時に前記車両によって吸収されるエネルギー量（Ｅ）の関数として決定されることを特徴とする、方法。
2. 前記差の消滅時に前記車両によって吸収される前記エネルギー量を許容閾値未満に維持するために、前記速度差が計算されることを特徴とする、請求項１に記載の同期方法。
3. 吸収エネルギーの前記許容閾値を満たすために、前記二次シャフトの速度閾値まで前記速度差が一定の基準値で維持され、前記二次シャフトの速度が前記速度閾値を超えると、前記速度差が前記二次シャフトの速度の関数として低減されることを特徴とする、請求項２に記載の遊び歯車を同期させる方法。
4. 前記連結手段（８）と前記遊び歯車（１４）との要素間の連結を保証するために、前記要素の間で満たされる噛合時定数の関数として、前記速度差の前記基準値が決定されることを特徴とする、請求項３に記載の遊び歯車を同期させる方法。
5. 前記連結手段が前記遊び歯車に向かって前進する間、前記連結手段のドッグ（１２）が前記遊び歯車（１４）の連結歯（１３）に接触する表面によって、前記噛合時定数が決定されることを特徴とする、請求項４に記載の遊び歯車を同期させる方法。
6. ダウンシフトの特定の場合、運転者による前記車両の加速ペダルの押下げに応じて、前記速度差が基準値で維持されるが、前記吸収エネルギーの前記許容閾値を超えることを特徴とする、請求項３から５のいずれか一項に記載の遊び歯車を同期させる方法。
7. 前記速度差の前記基準値が約５０ｒｐｍであ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遊び歯車を同期させる方法。
8. 前記車両の電気的牽引機械（ＭＥ）を動作させることによって前記速度差が確立されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の遊び歯車を同期させる方法。
9. 前記車両の熱牽引機関（Ｍｔｈ）を動作させることによって前記速度差が確立されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の遊び歯車を同期させる方法。
10. 複数の駆動源を有するハイブリッド変速装置の動作モードにしたがって、複数の駆動源のうちのいずれかを制御することによって前記速度差が確立されることを特徴とする、請求項８または９に記載の遊び歯車を同期させる方法。
    

Images