JP4307571B2 - トランスミッションの変速比調整系 - Google Patents

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Description

従来技術
本発明は、変速比を変えることができる自動車用トランスミッションの調整系であって、自動車用トランスミッションは、変速比依存の効率特性を有している調整系に関する。
従来技術から、車両用内燃機関の所定の目標回転数の調整用の自動車用トランスミッションの変速を行う多数の手段が公知である。米国特許明細書第4893526号公報には、車両の前後方向速度及び運転手によって操作されるアクセルペダルの位置から、目標駆動トルクが決められ、それに続いて、この目標駆動トルク及び車両前後方向速度に依存して、内燃機関回転数の目標値が求められる。この内燃機関回転数用の目標値は、連続的に調整可能な車両トランスミッションの調整によって調整される。更に、目標駆動トルク並びに調整されたトランスミッション変速比によって、内燃機関トルクが調整される。
世界知的所有権機関第9520114号明細書には、オートマチック自動車トランスミッション用の制御部が記載されており、このトランスミッションでは、トランスミッション変速比の無段階調整によるファジィ論理制御回路によって、内燃機関回転数が自動的に最適効率領域、最少排気ガス放出領域又は最大出力領域に調整される。この際、車両用内燃機関の効率が重要である。トランスミッションの効率が、ドライブトレーンの全効率に及ぼす影響は、考慮されない。
本発明の課題は、トランスミッション変速比の調整によって、調整すべき内燃機関の回転数を、その都度の運転状況乃至その都度の走行状態に最適に適合させることにある。
この課題は、実際のトランスミッション出力回転数を示す第1の量が検出され、駆動トルク用の目標値を示す第2の量が検出され、少なくとも、検出された第1の量及び検出された第2の量及びトランスミッションの効率特性に依存して、車両用内燃機関の目標回転数が決められ、車両用内燃機関の目標回転数の決定は、検出された第1の量及び検出された第2の量の組み合わせに対して、種々異なるトランスミッション変速比に対して前記トランスミッションが有している当該トランスミッションの種々異なる効率特性に依存して、燃料消費、残余トルク、又は、排気ガス放出の、少なくとも1つの車両用内燃機関パラメータが、最少又は最大となるように最適化される目標回転数が求められるように行われ、車両用内燃機関の、決められた目標回転数に依存して、トランスミッションの変速比が調整されることにより解決される。
発明の効果
本発明は、変速比を変えることができる自動車トランスミッションの調整用系に基づいており、その際、トランスミッションは、変速比に依存する効率特性を有している。実際のトランスミッション出力回転数を表す第1の量が検出され、並びに、駆動トルクを表す第2の量の目標値が検出される。その際、少なくとも、検出された第1の量及び検出された第2の量、及び、トランスミッションの効率特性に依存して、車両用内燃機関の目標回転数が決められる。トランスミッションの変速比は、車両用内燃機関の、そのようにして決められた目標回転数に依存して調整される。
調整されたドライブトレーンの制御によって、運転手によって所望の駆動トルクに対して、最適なトランスミッションの変速比及び所望の内燃機関出力トルクが検出される。内燃機関及びドライブトレーンのトランスミッションの各構成要素は、相応に制御され、その結果、所要の駆動トルクを使うことができる。本発明によると、最適なトランスミッション変速比を決める際に、トランスミッションの効率を系統的に考慮することができるようになる。そうすることによって、最適な車両運転にするために、ドライブトレーンの全効率を最大にすることができる。そうすることによって達成される利点は、全効率、残余トルク(リザーブ)又は他の最適化基準を最適化することによって、ドライブトレーンを必要量に一層良好に適合させることが原理的に可能であるということである。
本発明によると、車両用内燃機関の目標回転数を次のようにして決めることができる。つまり、検出された第1の量と検出された第2の量との組み合わせの際に、目標回転数が検出され、その際、少なくとも1つの車両用内燃機関のパラメータ、例えば、燃料消費、残余トルク又は排気ガスを最少又は最大となるように最適化して決めることができる。
目標回転数は、少なくとも1つの作動特性領域によって決めることができる。
車両用内燃機関の目標回転数の決定のため、又は、作動特性領域の検出のために、有利には、種々異なるトランスミッションの変速比の場合のトランスミッションのトルク増強特性又は効率特性を利用することができる。
その際、トルク増強特性又は効率特性は、一般に第1の量及び第2の量に依存するトランスミッションのトルク増強度又は効率を含む。その際、トルク増強特性又は効率特性は、有利には、作動特性領域として設けられる。
殊に、連続的に変速比を変えることができるトランスミッションの場合、車両用内燃機関の目標回転数の決定、又は、作動特性領域の検出は、種々異なるトランスミッションの変速比の場合のトランスミッションの既存の作動特性領域(トルク増強特性又は効率特性)から、トランスミッションの所属のトルク増強度又は効率を求めるようにして行われる。その際、このようにして求められた各トルク増強度又は各効率間で補間が行われる。
本発明の特に有利な実施例では、車両用内燃機関の最適化すべきパラメータは、内燃機関作動特性領域として、少なくとも内燃機関回転数及び内燃機関出力トルクに依存して設けられている。本発明のやり方は、以下の通りである:
−種々異なるトランスミッションの変速比の場合に、種々異なる第1の量及び第2の量に対して、トルク増強特性又は効率特性を用いて、所属のトルク増強度又は所属の効率が求められる。
−その際、求められた所属のトルク増強度又は所属の効率を考慮して、種々異なるトランスミッションの変速比の場合の第1の量に属する内燃機関出力トルクが求められる。
−既存の内燃機関作動特性領域を用いて、最適化すべきパラメータの値が求められ、そのようにして求められた値が車両用内燃機関の目標回転数を決定するのに使用される。
第2の量は、少なくとも予め設定可能な駆動状態で、有利には、運転手によって操作されるアクセルペダルの位置を表す量に依存して求められる。
本発明の別の有利な実施例については、従属請求項に記載されている。
図面
図には、調整されるドライブトレーン制御の概略ブロック接続図が示されており、その際、図2,3,4及び5には、本発明のやり方がブロック図により示されている。図6には、内燃機関作動特性領域図が示されている。
実施例
本発明について、以下、図示の実施例を用いて詳細に説明する。
図1には、ブロック101で、駆動出力乃至駆動トルクの目標値Psoll乃至Msollを求めることが示されている。この目標値は、実質的に直接又は間接的に(例えば、作動特性領域を用いて、又は、アルゴリズムを用いて)、運転手によって操作されるアクセルペダルの位置から求められる。任意選択的に、ブロック102及び103には、走行速度調整器及びドライブトレーンスリップ調整系が示されている。これら系は、所定の車両前後方向速度の調整のため、乃至、過度なドライブトレーンスリップの阻止のために、運転手によって設定された目標値を変える。この変更は、調整器104で行われる。調整器104は、その際、出力側に駆動トルク用の目標値Mab,sollを供給する。最も簡単な場合には、運転手が、アクセルペダルを介して目標駆動トルクMab,sollを直接設定する。
この駆動トルクの目標値は、ブロック110で内燃機関目標値Mmot,sollに処理されて、内燃機関111で調整される。ブロック109では、目標変速比usollが、特に、目標駆動トルク所望値Mab,sollに依存して決められる。相応の目標トランスミッション変速比usollは、トランスミッション乃至トランスミッション制御部112に直接又は間接的に(ブロック108)調整のために供給される。その際、ブロック108には、連続的に変えることができるトランスミッションの場合に通常のフィルタリング、又は、変速段オートマチックトランスミッションの場合には、目標変速比usollのディスクリート化(Diskretisierung)が記載されている。
ブロック105では、本発明の核心として、最適な内燃機関回転数Nmot,optが、更に説明するようにして決められる。ブロック107で、この値を、ドライブトレーン回転数Nab(回転数センサ106)で除算することによって、最適変速比uoptに処理されて、既述のユニット109に供給される。
図2には、図1のブロック105の一層正確な機能について図示されている。このために、ブロック1055では、ブロック1051内で決められた運転手タイプに依存して、任意選択的に、運転手によって設定された駆動所望値Msoll(ブロック104)に依存して、最適な内燃機関回転数Nmot,opt,FTが形成される。既述のように、運転手のタイプ乃至運転手の特性を示す値FTが、ブロック1051で形成される。このために、殊に、運転手によって操作可能なアクセルペダルの位置、殊に、時間特性が評価される。ブロック1055の伝達特性のために、先ず、図3について説明する。
この実施例では、最適な内燃機関回転数Nmot,optの検出105のために、ブロック1055で、先ず、燃料消費最適化車両運転用及び運転出力指向の車両運転用の内燃機関回転数Nmot,opt,E及びNmot,opt,XSが形成される(図3のブロック10551及び10552)。当然、他のパラメータ(例えば、排気ガス放出)に関して最適化された他の、又は、別の内燃機関回転数を求めてもよい。更に、燃料消費が非常に最適化された内燃機関回転数と、運転効率が非常に最適化された内燃機関回転数との間で任意に多数の別の段階付けを行うこともできる。
それから、ブロック10553では、ブロック1051で求められた運転手タイプ乃至ブロック110551及び10552で求めた内燃機関回転数に依存して、目標内燃機関回転数Nmot,opt,FTとして選択される。
目標内燃機関回転数Nmot,opt,EとNmot,opt,XSの決定は、動作特性領域を用いて行なうことができ、この目標内燃機関回転数Nmot,opt,EとNmot,opt,XSによって、Nab値及びMab,soll値に依存して記憶される。この動作特性領域では、内燃機関の燃料消費特性も、トランスミッションの、その都度の効率についての情報も表されている。
動作特性領域の検出は、更に説明するオフライン−最適化算出によって行うことができる。しかし、内燃機関回転数目標値Nmot,opt,EとNmot,opt,XSの検出を、説明する最適化算出によってオンラインで行うようにしてもよい。
トランスミッションの動作特性領域の他に、車両用内燃機関の特性を持った動作特性領域が、以下説明する決定の基礎を形成している。その際、先ず、内燃機関回転数値Nmot,opt,Eの決定は、ブロック10551に詳細に記載されている。
ブロック10551では、組(Tupel)乃至値対(Mab,soll,Nab)に対して、内燃機関回転数値
mot,opt,E=F(Mab,soll,Nab
が決められる。その際、実効燃料消費be,effが最少となるような、最適トランスミッション変数比uoptが形成されるように、内燃機関回転数の値Nmot,opt,Eが決められる。値Nmot,opt,Eの決定のために、各組(Mab,soll,Nab)に対して、先ずuoptが決められる。
そのために、トランスミッション変速比uが、最少可能変速比と最大可能変速比との間の領域(umin,umax)内、即ち、
min≦u≦umax
で、離散ステップで変化され、そうすることによって、変速比u(k=1,......,K)が得られる。離散的に切り換えられるトランスミッション、即ち、トランスミッション変速比に関してステップ状に変化可能なトランスミッションでは、uとして、トランスミッション変速段を選択することは重要である。変速比に関して無段階に調整可能なトランスミッションの場合、結果の数値精度にとって十分な個数の値uが設定される。
各値uに対して、トランスミッションの動作特性領域から、トルク増強度μが、Mab,soll及びNabの関数として求めることができる。値μには、トランスミッションの効率ηが既に含まれており、つまり、以下の式が成立する:
μ=u*η
トルク増強度μで所要の目標内燃機関出力トルクは、
mot,soll,k=Mab,soll/μ
内燃機関出力回転数は、
mot,k=Nab*u
である。
積Mab,soll*Nabから得られる、所定状況で車両タイヤに要求される出力Pab,sollに対して、上述の各入力量を用いて、単位時間毎の燃料消費be_t,kを求めることができる:
e_t,k=F(Mmot,soll,k=;Nmot,k
e_t,kの決定用のやり方は、図4に示されている。図4の説明のために、先ず、そこのブロック41(特性データ、トランスミッション)について、次に、図5を用いて、詳細に説明する。
ブロック41(図4及び5)には、駆動トルク用の目標値Mab,sollも、トランスミッション出力回転数用の値Nabも供給される。各トランスミッション変速比u,u,.....,uに、動作特性領域KF_eta_g_u1,.....,KF_eta_g_u(ブロック411〜415)が属し、この動作特性領域は、トランスミッションの効率特性を含む。この動作特性領域KF_eta_g_u,.....,KF_eta_g_u(ブロック411〜415)には、トランスミッション出力トルクMab及び種々異なるトランスミッション変速比u,u,....,uに依存するトランスミッション効率ηが記憶されている。
スイッチとして構成された選択部416によって、変速比uに応じて、変速比uにとって重要な効率ηが形成される。
図5に示された、効率の離散値の選択部の代わりに、有利には、無段階調整可能なトランスミッションでは、効率の、それぞれ隣り合った各値間で補間が行われる。
そのようにして形成された、効率の値ηを、その都度考察している変速比uと乗算することによって417、トルク増強度μが形成される。
図4から分かるように、トルク増強度μが及びトランスミッション出力トルクMabから、除算部42によって、その都度の変速比uに妥当する目標トルクMmot,soll,kが求められる。乗算部44を持ちいて、その都度の変速比u及びトランスミッション出力回転数Nabとから、内燃機関回転数用の所属の値Nmot,kが得られる。
値Mmot,soll,k及びNmot,kは、図4のブロック43に供給され、このブロック43は、内燃機関燃料消費動作特性領域を有している。それから、各入力値Nmot,k及びMmot,soll,kに属している燃料消費be_t,kが、時間単位毎に決められる。内燃機関動作特性領域は、図6に例として示されている。
図6には、車両用内燃機関のトルクMmotが、内燃機関回転数Nmotに亘って記載されている。この際、パラメータは、特定の燃料消費、即ち、単位時間当たりの燃料消費である。文字Eで示した曲線は、燃料消費を考慮した場合の燃料消費指向型の最適な内燃機関回転数を示す。燃料消費指向型の運転タイプの特性曲線は、点を通過して最少燃料消費(100%)を経過する。
既述の、図3のブロック10551内の動作特性領域は、各組み合わせMab,soll及びNabに対して、単位時間当たりの燃料消費be_t,kが最少である内燃機関回転数Nmot,opt,Eを含む。
ここで最少燃料消費を示す最適方法は、最大残余トルクの場合にも同様に実行することができる。図3のブロック10552での動作特性領域用の最適化基準は、その際、残余トルクである。
その他の最適化基準(例えば、最少可能放出)は、この方法でも考慮することができる。
動作特性領域10551及び10552(並びに、その他の動作特性領域の)検出は、既述のオフライン最適化計算によって行うことができる。しかし、内燃機関回転数−目標値Nmot,opt,E及びNmot,opt,XSの検出は、既述の最適化計算によってオンラインで行うようにしてもよい。
既述のように、図3のブロック10553では、内燃機関回転数用に形成された目標値Nmot,opt,E又はNmot,opt,XSの1つが、ブロック1051で決められた運転手特性FTに依存して目標値Nmot,opt,FTとして選択される。
図3を用いて説明したように、運転手タイプ及び所望駆動状態を考慮して、最適内燃機関回転数Nmot,opt,FTがブロック1055で見つけられた場合、この内燃機関回転数は、ブロック1056で運転状況に依存して変えられる。その際、運転状況は、ブロック1052で公知の形式で求められる。ブロック1057では、ブロック1056で変えられる回転数信号を制限することができる。殊に、この制限を、ブロック1053で公知の形式で求められた運転状態(信号FZ)に依存して、及び、ブロック1054で求められたトルク要求量、乃至、補助装置(信号PNA)の出力要求量に依存して行うようにされている。そのようにして求められた最適内燃機関回転数Nmot,optは、既述のブロック107に供給される。ブロック105の基本的な技術思想は、先ず、最適な内燃機関回転数を運転手特性の関数として決め、それから、これを運転状況、走行状態又は補助装置によるトルク要求量によって変えることにある。例えば、山岳走行時に、牽引トルクを高めるために、比較的高い内燃機関回転数を最適状態にするとよい。付加的に、例えば、車両用内燃機関の暖機運転時に、トランスミッション変速比を介して内燃機関に調整される最少回転数が、暖機運転終了後の加熱された通常作動温度状態の内燃機関の場合よりも高い値を有しているようにするとよい。同様に、例えば、市街地運転時に、内燃機関回転数をトランスミッション変速比によって最大値に制限することができ、そうすることによって、騒音及び排気ガス放出が低減される。しかも、例えば、発電機又はエアコンのような補助装置により、相応のトランスミッション変速比によって調整される無負荷運転の外側の高い内燃機関回転数が要求されることがある。
本発明によると、トランスミッションの作用が、調整されたドライブトレーン制御用の系内部で最適なトランスミッション変速比を求める際に考慮される。それから得られる利点は、全効率、残余トルク及びその他の最適化基準を最適化することによって、ドライブトレーンを必要量に一層良好に適合させることが原理的に達成することができる点にある。

Claims (9)

  1. 変速比を変えることができる自動車用トランスミッション(112)の調整系であって、前記自動車用トランスミッションは、変速比依存の効率特性を有している前記調整系において、
    −実際のトランスミッション出力回転数を示す第1の量(Nab)が検出され、
    −駆動トルク用の目標値を示す第2の量(Mab,soll)が検出され、
    −少なくとも、検出された第1の量及び検出された第2の量及びトランスミッション(112)の効率特性に依存して、車両用内燃機関(111)の目標回転数(Nmot,opt)が決められ、
    前記車両用内燃機関(111)の目標回転数(Nmot,opt)の決定は、検出された第1の量及び検出された第2の量(Nab,Mab,soll)の組み合わせに対して、種々異なるトランスミッション変速比(u)に対して前記トランスミッション(112)が有している当該トランスミッション(112)の種々異なる効率特性に依存して、燃料消費、残余トルク、又は、排気ガス放出の、少なくとも1つの車両用内燃機関パラメータ(be_t,k)が、最少又は最大となるように最適化される目標回転数(Nmot,opt)が求められるように行われ、
    −前記車両用内燃機関の、決められた前記目標回転数(Nmot,opt)に依存して、前記トランスミッション(112)の変速比(usoll)が調整されることを特徴とする系。
  2. 車両用内燃機関(111)の目標回転数(Nmot,opt)の決定は、検出された第1の量及び検出された第2の量(Nab,Mab,soll)の組み合わせに依存して前記目標回転数(Nmot,opt)が記憶された少なくとも1つの動作特性領域(10551,10552)によって行われる請求項1記載の系。
  3. 動作特性領域(10551,10552)を求めるために、種々異なるトランスミッション変速比(u)用のトランスミッション(112)の各効率特性が利用される請求項2記載の系。
  4. トランスミッションの効率特性が、前記トランスミッション(112)の動作特性領域(411−415)として設けられており、前記動作特性領域では、効率は、検出された第1及び検出された第2の量(Nab,Mab,soll)に依存しており、前記トランスミッション(112)の効率(η)が、第1及び第2の量(Nab,Mab,soll)に依存して、検出された第1及び検出された第2の量(Nab,Mab,soll)の効率に依存して得られた前記既存の動作特性領域(411−415)から決められる請求項3記載の系。
  5. 既存の動作特性領域(411−415)では、効率は、検出された第1及び検出された第2の量(Nab,Mab,soll)に依存しており、前記既存の動作特性領域(411−415)から、種々異なるトランスミッション変速比(u)の場合に、前記トランスミッション(112)の所属の効率(η)が求められるようにして、動作特性領域(10551,10552)が求められる請求項4記載の系。
  6. 連続的に変速比を変えることができる前記トランスミッションに対して、検出された各効率(η)間で補間されるようにして行われる請求項4記載の系。
  7. 車両用の内燃機関の最適化すべきパラメータ(be_t,k)は、前記内燃機関の動作特性領域(43)から求められ、前記内燃機関の前記動作特性領域(43)では、最適化すべきパラメータは、少なくとも、前記内燃機関の回転数(Nmot,k)及び前記内燃機関の出力トルク(Mmot,soll,k)に依存しており、
    −種々異なる第1及び第2の量(Nab,Mab,soll)に対する種々異なるトランスミッション変速比(u)の場合に、各効率特性を用いて、所属の効率(η)が求められ、
    −求められた前記所属の効率(η)を考慮して、前記第1の量(Nmot,k)に所属の前記内燃機関の前記出力トルク(Mmot,soll,k)を、種々異なるトランスミッション変速比(u)の場合に求め、
    −前記内燃機関の既存の動作特性領域を用いて、最適化すべきパラメータの値(be_t,k)が求められ、
    −求められた値(be_t,k)を、前記車両用の前記内燃機関の目標回転数(Nmot,opt)を決めるために使用する請求項1記載の系。
  8. 第2の量(Mab,soll)は、少なくとも所定の駆動状態で、運転手により操作されるアクセルペダルの位置を示す量に依存して検出可能である請求項1記載の系。
  9. 最適化すべき車両用内燃機関パラメータ(be_t,k)は選択可能である請求項2記載の系。
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