JP3577315B2 - 連続可変変速機を含む車両動力伝達経路を制御する方法 - Google Patents

Description

本発明は、入力がエンジンまたは他の原動機に接続されるとともに、回転出力が最終駆動装置といわれる、連続可変速比変速機、またはCVTを含む車両動力伝達経路に関する。本発明は一般にボート、航空機、軌道式のまたは他の車両に適用することができるが、特に、本発明は最終駆動装置が一つまたは複数の駆動車輪に接続されている自動車用動力伝達経路に適用される。また本発明は、他の形式のCVT、たとえば、ベルト駆動の、kopp、またはBeier式のものを含み、変速比可変要素を直接に機械的に制御して瞬間変速比を決定する車両動力伝達経路にも適用できるが、本発明は特にローラーにこのような直接制御が加えられないトロイダルレース転がり牽引形式のCVTに適用される。ローラの角度を設定するのではなく、伝達する変速比は、ローラが受けるトルクとローラが取付けられているキャリッジに加えられる操作力との間の釣り合いによって決定される。このようなトロイダルレース転がりCVTを現在当業界では「トルク制御」式と称しており、最近の例はたとえば特許GB−Ｂ−2227287およびGB−Ｂ−0356102に記されている。
このような動力伝達経路をエンジンが常に効率を最適にするように構成された電子「マップ」に従って運転するように制御することも当業界で現在よく理解されている。付図の図１はｙ軸がエンジンのトルクＴを、ｘ軸がエンジン回転数Ｎを表し、双曲線１が一定動力の線を示す典型的グラフである。座標２および３はそれぞれアイドリングおよび最大エンジン回転数を示す。関数４はエンジンがその動作回転数の全範囲にわたり可能な最大トルクを表す。関数５は好適な且つ所定の「制御線」を表し、それに合わせてエンジンは、動力要求のもとで、動作するようにプログラムされ、選択された判定基準に従って最大性能を達成する。その判定基準をたとえば最適排気特性、または最小ノックとすることができる。複雑な制御システムを用いて、運転者が選択できる代わりの制御線に合わせて動作するようエンジンをプログラムすることができる。典型的には、図１に示すように、関数５は消費燃料の単位あたり最大動力を達成するように選択される。関数８は要求がなくなり、エンジンがオーバーランしているときのＴとＮとの典型的相関を示している。
図２のグラフはエンジンが図１に示すように制御され且つ、車両の駆動車輪が最終駆動装置である自動車動力伝達経路におけるエンジン回転数Ｎ（ｙ軸）と車両速度Ｖ（ｘ軸）との典型的相関を示している。線９および10は図１の座標２および３に対応し、傾斜線形関数11（これは原点０を通過している）は典型的固定変速比変速機の第１の歯車比に対応し、したがって動力伝達経路が実際に動作するのに望ましいと判定されているＮおよびＶの有効最小値を規定している。座標12はＶの最大安全値を示している。動力伝達経路が動作することができる有効「領域」は従って線９、11、10、および12で囲まれている。
車両が２本の線が点13で交差することによって示した車両速度V₁およびエンジン回転数N₁で定常状態で走行していると仮定する。今度は他の変数が不変である間に、運転者は更に大きい路面速度を要求したいと仮定する。運転者はアクセルペダルを踏むことによりそれを行い、一層大きいエンジン回転数、たとえばN₂を要求する。エンジンを図１に示す制御線５に従って操作するようにプログラムされている既知の動力伝達経路の典型的応答はエンジン回転数N₂および車両速度V₂（点14）の最終定常状態に２段階で到達することであった。最初は「キックダウン」により、すなわちエンジン回転数を点15でN₂まで非常に急速に上げる。次に第２に「アップシフト」−すなわち、一定エンジン回転数での変速比の変更−により点15から14に動かす。効率的ではあるが、このような変更は運転者、特に多数の固定変速比を備えた典型的手動および自動の変速機の応答に慣れている運転者を狼狽させる可能性がある。このような既知の変速機では、運転者はどんな単一変速比においても、エンジンおよび路面速度の上昇は共に行なわれることを知っている。エンジンの音は車両速度、およびその速度の変化の割合に対する再確認のガイドである。しかし、図２の車両の性能が点13と14との間を移動すると、運転者へのメッセージがあまり明瞭でなくなる。点13と14との間でエンジンの音は鋭く上昇するが、車両速度Ｖは変化しない。点15と14との間では車両速度は変わるが、エンジンの音が一定であることはエンジン回転数が変わらないことを示す。13から14への移り変りの期間中は、加速度およびエンジンの音が伝統的運転者が良く知っている仕方で相互に関連することは決してない。
本発明はエンジンとCVTとの相互制御を、エンジンはなおも図１の線５のような最適効率制御線に従って動作することができるが、ペダルの踏み込みに続く加速（および逆に、踏み込みの緩和に続く減速）の少なくとも一部の期間中エンジンの音および加速度は伝統的手動および自動装置に慣れている運転者に一層親密な仕方で相関しているように、修正することを目的としている。本発明は請求の範囲により規定されており、その内容をこの明細書の開示内に含まれるものとして読むべきである。特に本発明は付図の下記の更に他の図を参照して例を用いて説明するような方法および装置を含んでいる。付図において、
図３は全般的に図１と同じであるが、本発明により動作させる二つの方法を示している。
図４はエンジン回転数Ｎをアクセルペダル位置Ｐと関連付ける更に他のグラフである。
図２には伝統的固定変速比の自動車変速機の典型的第１前進ギアの変速比（たとえば、エンジン回転1000rpmあたり5mphの車両速度）を示す線11がある。車両のゼロ速度はこのような固定変速比のすべてにおいてエンジンの0rpmに相互関連しているから、線11は原点を通過する。線11は図３で線16のように繰り返される。線16は、典型的固定変速比の第２のギアと、典型的同期変速比の双方（たとえば、10mph/1000rpm）を示す。上記同期変速比とは、トロイダルレース転がりまたは他の形式の２レジームCVTにおける第１のレジームと第２のレジームとの間の変速比である。図３には更に固定変速比の変速機の第３、第４、および第５の前進ギアの典型的固定変速比−たとえば、1000rpmあたり20、30、および40mph−を示す更に他の線17−19がある。
本発明による動力伝達経路に適合する車両が点20で示すような定常状態で走行していると仮定する。すなわち、車両速度はV₁（図２の13および15でのように）であり、エンジンは線９で示すようにその許容最小回転数（たとえば1500rpm）で作動している。運転者は今度はアクセルペダルを、動力伝達経路がN₂（図２の点15および14のような）に対応するエンジン回転数を要求していると解釈するようにプログラムされる程度に、踏み込む。本発明の動作の一方法によれば、動力伝達経路は運転者の要求に３段階で次のように応答する。第１は、所定の、エンジンが実質的加速期間の始めに動作すべき最低回転数として制御システムに組み込まれている値（請求の範囲では「係合回転数」という）までのエンジン回転数の急速上昇（「キックダウン」）。1500rpmのアイドリング回転数と、たとえば5000rpmの最大回転数との間で作動することができる、図２および図３に示したような典型的エンジンでは、この回転数をたとえば2500rpmとすることができる。図３では、「係合回転数」は図２と同じ回転数N₁であり、線６により表してあり、それ故応答の３段階の第１の段階の終わりに点13に到達している。
点13および原点０を通って引かれている関数22は、応答の第２段階に従うために、制御システムにより、動力伝達経路のCVTおよびエンジンに対する理想的な同等の固定変速比として予め選定されている。この期間中に動力伝達経路は線６の点13からエンジン回転数N₂に達する点23まで移動する。加速応答のこの第２の段階中、動力伝達経路はそれ故恰も固定変速比であるかのように応答するようにプログラムされているので、運転者は動力伝達経路が関数22により表されている固定変速比を備えている場合に丁度感ずるように車両の加速度を「感ずる」。点23で要求したエンジン回転数に到達すると、応答の第３段階が始まる。この期間中はエンジン回転数はN₂のままであり、したがってエンジンの音は変わらない。エンジンにより車両に加えられる力が車両の運動に抵抗する力と整合する最終値まで（たとえば、図２の点24、値V₂まで）の車両速度の更なる上昇がCVT内部の変速比変更により達成される。
図３に示したおよびこれまで述べた本発明の実施例のあり得る欠点はその図に示した完全な加速（点20と24との間）に対して「固定変速比」の第２段階、点13と23との間、が関数22の比較的緩い傾斜のため、過度に長引くことがあるということである。一方、車両速度の加速がグラフの左側の「第１の変速比」線11と一致する「固定変速比」の第２段階27、28により、速度V₃（点26）からV₄（点29）まで要求されたとすれば、その段階は変速比の線が急勾配のため比較的短くなる。図３にも示してある本発明の代わりの実施例では、このような欠点は、動力伝達経路を、運転者の加速要求に対する応答の第２の「固定変速比」段階中、車両速度およびエンジン回転数が共に所定の固定変速比線−この場合線16は２レジーム・トロイダルレース転がりCVTの同期変速比、または典型的固定変速比変速装置の第２の前進ギアの変速比を表している−に平行な割合で上昇するようにプログラムすることにより回避される。すなわち、破線で示すように、点20での速度V₁から点24での速度V₂への車両の加速は点13および23の代わりに点13および31により行なわれるので、応答の第２段階は前より短いが、第３段階は長い。逆にV₃からV₄までの加速については第２および第３段階は27−28および28−29の代わりに今度は27−32および32−29であり、したがって第２段階は前より長く、第３段階は短い。
実際、本発明による動力伝達経路の、加速の要求に対する３段階応答はおそらくは図２を参照して説明した既知の２段階応答よりほんのわずかに遅いであろう。しかし全時間の可能な小さい増加はCVT動力伝達経路でこれまで習慣的ではなかった方法によりその要求に対する応答を検知することができる運転者により相殺される。図３に関連して、「係合回転数（速度）」、「限界回転数（速度）」、および各種概念的比率のようなパラメータをすべて便宜上直線関数として示してきたが、それは本発明の範囲内であり、明らかに、非直線関数を置き換えることができるプログラム式動力伝達経路制御の能力の範囲内である。特に、「係合回転数（速度）」の値を車両速度の全範囲にわたり容易に変えることができる。
図４は、アクセルペダル踏み込みＰ（ｘ軸）に関連して、図３を参照してすでに説明したように、本発明の動作を解明している。前のとおり、ｙ軸は要求されたエンジン回転数Ｎを表している。図４の左側が示しているように、本発明による典型的動力伝達経路を運転者の加速要求に対する３段階応答がペダルを少なくとも30％踏み込むまで始まらないようにプログラムすることができる。その後アイドリング回転数９と最大エンジン回転数10との間のどんな値の「限界回転数」をも要求することができる。図２および図３で、N₂はこのような「限界回転数」を示す一つの例である。図４が示すように、「エンジン回転数」値はたとえば動力伝達経路の動作範囲の大きな部分にわたりそれが保持する範囲または値−たとえば、2500rpmの値、図３の線６−に定常的に上昇する（傾斜線36）ことができる。しかし、図４の右側に示すように、動力伝達経路をエンジン回転数をはるかに高い値37に上昇させるように制御することができるので、応答の第２の「固定変速比」段階はアクセルペダルを、たとえば緊急事態に応答して、ほとんど完全に踏み込めばはるかに高いエンジン回転数で始まる。図４でグラフのハッチした部分38は応答の第２の段階が生ずることができる「領域」を示し、ハッチした部分39はエンジン回転数が急速に上るが、車両速度の実質的変化が無い期間中である第１の「キックダウン」段階が生ずる区域を示している。既に述べたように、各加速要求について、応答の第３段階はエンジン回転数が「限界回転数」に達したとき始まる。

Claims (4)

1. エンジンまたは他の原動機、連続可変速変速機（CVT）、および最終駆動装置を備えている車両動力伝達経路を制御する方法であって、エンジン回転数の動作範囲にわたりエンジンがその回転数の各値をエンジントルクの特定の値を関連付ける性能「マップ」に動作を拘束されており、エンジン回転数を上昇させる運転者要求に対する応答を、
   段階１ 最初のエンジン回転数が車両速度を実質的に上昇させずに所定の係合回転数まで急速に上昇する、
   段階２ エンジン回転数および車両速度が共に上昇し続け、エンジン回転数が運転者の要求に相応した限界回転数に達するまで所定の関数により関連づけられている、
   段階３ 車両速度の以後の変化中エンジン回転数が限界回転数に維持されている、
   のように連続する３段階で始めるようにプログラムされている方法において、CVTの変速比範囲は二つのレジーム間で同期変化するレジームを設けることにより拡張されており、応答の段階２の所定の関数が、エンジン回転 数と車両速度との相互関連を示すグラフで表される、同期変化が生じているとき存在する変速比の傾斜に対応し た直線または非直線の傾斜であることを特徴とする方法。
2. 所定関数を、最初の回転数および限界回転数の値にかかわらず、車両速度に対するエンジン回転数のグラフ上で実質的に一定傾斜の線として表すことができる請求項１に記載の方法。
3. 係合回転数は運転者の要求に関連しており、要求が高くなれば更に高い値の係合回転数をトリガーする請求項１に記載の方法。
4. 上記請求項のいずれかに従う方法により制御される車両動力伝達経路。

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