JP4310728B2 - 無段変速機の制御方法 - Google Patents

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Description

発明の詳細な説明
本発明は、請求項1の上位概念に記載の無段変速機の制御方法に関する。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第4106471号明細書から、自動車に使用される無段変速機の制御方法が公知である。変速機は、2つの円錐板車及び1つの巻掛けベルトを持つ巻掛け変速機として構成され、円錐板車は巻掛けベルトを介して互いに連結され、調節手段として作用しかつ軸線方向に移動可能なそれぞれ1つの円錐板を持っている。変速機の変速比は、2つの変速比終端値により限定される範囲内で無段階に変化される。この場合変速比終端値が、製造公差及び摩耗現象に関係し、更に円錐板車と巻掛けベルトとの間の滑りに関係して動的に変化することがあるので、最大変速比又は最小変速比で運転する際、調節手段が機械的行程限定部により規定可能なその終端位置へ動かされ、これらの終端位置において大きい終端位置力が調節手段へ作用し、これらの調節手段が変速機の効率及び寿命に影響を及ぼすことが不利である。
欧州特許出願公開第785381号明細書から、調節手段がその機械的終端位置への入り込むと望ましくないことが知られている。このような望ましくない運転は、変速比値へ安全間隔を維持することによって、回避されるが、これは不利なことがわかる。なぜならば、その場合特定の走行方法にとって最適な運転が、最高又は最低の複数の許容変速比では不可能だからである。
本発明の基礎になっている課題は、調節手段の終端位置において作用する終端位置力を同時に限定しながら変速機の全制御範囲の利用を可能にする、請求項1の上位概念に記載の方法を提供することである。
この課題は、請求項1の特徴によって解決される。有利な構成及び展開は従属請求項からわかる。
本発明によれば、無段変速機の制御のために、終端位置運転モードが運転モードとして定義され、この運転モードにおいて変速機の変速比が、力振動を印加することによって一方の操作力又は両方の操作力の制御によって制御されて、振動状に変化する変速比の振動の振幅が、一方の操作力または両方の操作力の制御に応じて一定部分の周りに振動するようにし、変速機の変速比の制御に関係する測定値が求められ、求められた測定値が、一方の平均操作力又は両方の平均操作力の変化即ち操作力の一定部分の変化によって、所定の目標値に調整される。
目標値は有利なように選ばれて、変速機の変速比を調節するために、移動可能な少なくとも1つの調節手段が、測定値が目標値に調節される際、所定の平均力で機械的行程限定部に作用する。
方法の有利な展開では、終端位置運転モードのほかに、通常運転モードが変速機の別の運転モードとして規定される。通常運転モードでは、変速機の変速比が、従来のように、選択された調整方法に関係する値に設定される。この設定は変速比又は変速機を駆動する機関の回転数の調整によって行うことができる。運転モードの選択は、変速比に関係して、変速比終端値の範囲にある変速比の値では駆動装置が、終端位置運転モードで運転され、他の場合には通常運転モードで運転されるように、行われる。
本発明による方法の利点は、特に全制御範囲の利用及び調節手段の終端位置において作用する大きい終端力の回避による変速機の効率の上昇、及び大きい終端位置力の回避とその結果生じる変速機の部材の機械的負荷の減少とから得られる変速機の長い寿命である。方法は無段変速機を持つ自動車における使用に最も適している。
実施例及び図により本発明が以下に詳細に説明される。
図1に示す無端変速機Gは、変速機G及び機関を持つ駆動装置の一部である。これは、自動車の機関により駆動される一次軸WP、一次軸WPに結合される円錐板車P、二次軸WS、二次軸WSに結合される二次円錐板車S、及び例えば推動部材ベルトとして構成される巻付きベルトUを含み、この巻付きベルトは両方の円錐板車P,Sに巻付いて、一次円錐板車Pの回転運動を二次円錐板車Sへ伝達する。一次円錐板車Pは2つの円錐板P1及びP2を持ち、そのうち一方の円錐板P1は一次軸WPに固定的に結合され、一次軸WP上の他方の円錐板P2は、一次操作器APの操作力FAPにより軸線方法移動可能である。円錐板P2の軸線方向運動は、記号的に示す機械的行程限定部LPにより限定されている。
移動可能な円錐板P2が、破線で示すように、行程限定部LPにより規定される終端位地へ動かされると、行程限定部LPが終端位置力FLPで円錐板P2へ作用する。これと同じように、二次円錐板車Sは2つの円錐板S1,S2を持ち、そのうち一方の円錐板S1は二次軸WSに固定的に結合され、二次軸WS上の他方の円錐板S2は、二次操作器ASの操作力FASにより軸線方向に移動可能である。移動可能な円錐板S2の軸線方向運動は、記号的に示す機械的行程限定部LSにより限定されている。破線で示すように、移動可能な円錐板S2が、行程限定部LSにより規定される終端位置へ動かされると、行程限定部LSが終端位置力FLSで円錐板S2へ作用する。円錐板P2,S2の軸線方向無段移動により、それぞれの円錐板車P又はSの円錐板の間隔、従ってそれぞれの円錐板車P又はSの所における巻付きベルトUの有効直径が、無段に変化され、その結果変速機Gの変速比i=n/ns、即ち一次軸WPの駆動回転数nと二次軸WSの従動回転数nとの比が、無段に変化する。軸線方向に移動可能な円錐板P2,S2は、従って変速機Gの変速比を制御する調節手段である。
操作力FAP,FASは、巻付きベルトUを張る力に変換される。移動可能な円錐板P2,S2の軸線方向運動を結合するこれらの力は、一定の変速比iでは互いに相殺する。なぜならば、その場合変速機Gは力の平衡状態にあるからである。従って一定の変速比iでは、移動可能な円錐板P2,S2へ軸線方向に作用する力に対して、次の方程式が得られる。
=K・F
=FAP+FLP
=FAS+FLS
ここで力F及びFは移動可能な円錐板P2及びS2へ作用する押圧力を示し、係数Kは、動作点パラメータの関数特に伝達されるトルク、変速比i、駆動回転数n及び押圧力の関数である支持力割合を示す。
更に調節力Fは次のように定義される。
=K・F−F=K・FAS−FAP+K・FLS−LP
調節力Fは、操作力部分FVA=K・FAS−FAP及び終端位置力部分FVL=K・FLS−FLPから合成される。この調節力は、一定の変速比では零に等しく、他の場合零に等しくなく、変速比調節の速度を決定する。変速比調節中に、押圧力F,Fのために要求される特定の値が維持され、調節力Fのために要求されかつ所望の変速比調節速度に関係する特定の値が維持されるように、操作力FAP,FASが常に設定される。
移動可能な円錐板P2,S2の軸線方向行程が限定されているので、変速比iは、下の変速比終端値(初期変速比)と上の変速比終端値(最終変速比)との間でのみ変化される。しかし精確な変速比終端値は、わかっていない。なぜならば、これらの変速比終端値は、変速機Gの幾何学的性質例えば製造公差、運転中に生じる摩耗及び巻付きベルトUの伸びに関係し、また動的性質例えば円錐板P,Sと巻付きベルトUとの間の滑りにも関係しているからである。
走行運転中に、駆動回転数n即ち一次軸WPを駆動する機関の機関回転数及び変速機の変速比iが、運転者の希望、走行状況及び選択される調整方法により規定される特定の目標値に調整される。特定の走行状況において、できるだけ大きいか又はできるだけ小さい変速比iで走行することが望まれる。即ち小さい変速比iにより、燃料消費及び自動車の騒音発生が最適化され、大きい変速比iにより、自動車の加速特性及び登坂特性が最適化される。しかし大きいか又は小さい変速比iでは、変速機Gが過制御され、即ち移動可能な円錐板P2又はS2が大きい力で終端位置へ押付けられ、従って大きい終端位置力FLP又はFLSが生じる、という危険がある。大きい終端位置力FLP,FLSは、効率及び変速機の寿命を減少させることになる。
これらの欠点を回避するため、通常運転モード及び終端位置運転モードが変速機の運転モードとして定義され、通常運転モードでは、移動可能な円錐板P2,S2の終端位置への入り込みが望まれず、終端位置運転モードでは、移動可能な円錐板P2,S2の終端位置への入り込みが許容される。
これらの運転モードは、現在の変速比iに関係して選択される。このため有利なように、変速比終端値の間にある2つの変速比閾値が、通常変速比範囲の限界として定義されて、変速比iの値が通常変速比範囲内にある場合、移動可能な円錐板P2,S2が確実に終端位置へ動かされないようにする。変速比iの値が通常変速比にある場合、運転モードとして通常運転モードが選ばれ、他の場合終端位置運転モードが選ばれる。しかし変速比閾値の代わりに、変速比閾値帯域も定義することも考えられる。この場合運転モードの一方から他方への切換えは、変速比閾値帯域の1つを完全に通過する変速比iの変化の際にのみ行われる。それによりヒステレシス状の切換え特性が得られ、この切換え特性により、変速比iの値が変速比閾値の範囲内にある場合、運転モードの持続する切換えが防止される。
通常運転モードでは、駆動装置は従来のように制御され、即ち変速機Gの変速比iが適切に調整されるか、又は駆動回転数nの調整によって得られ、走行状況、所望の走行方法及び運転者によって加速ペダルの操作により示される走行希望に関係して、そのつどの調整が行われる。これに対し終端位置運転モードでは、まだ許容される終端位置力FLP,FLSが生じるように、操作力FAP,FASが調整される。
このため終端位置運転モードでは、図2に示す回路図に従って調整が行われる。
この機能ブロック回路図は、調整対象としての変速機G、及び調整装置として測定装置2、操作部1及び目標比較器を持つ調整回路を示している。この調整回路により実行される調整では、変速機Gの駆動回転数n及び従動回転数nが適当なセンサにより測定されて、測定装置2において評価される。測定装置2は、評価結果として、移動可能な円錐板P2,S2へ作用する平均終端位置力FLS,FLSの尺度である測定値aを供給する。続いてこの測定値aは、目標値比較器3において、例えば制御器により準備される目標値aと比較される。この比較の結果(調整偏差a)は操作部1へ供給され、この操作部1が、調整偏差aに応じて、移動可能な円錐板P2,S2へ作用する操作力FAP,FASを制御する。
操作部1は、第1の調整器10、第2の調整器11、及び例えば電気−液圧変換器として構成されて操作器AP及びASを持つ操作装置12を含んでいる。第1の調整器10は、調整偏差値aから、所望の調節力Fの操作器部分FVAの目標値に相当する第1の操作信号s10を発生する。この第1の操作信号s10には、選択的に例えば加算素子13を介して、変速比iに関係する予備制御信号x(i)及び/又は変速比iの時間的変化di/dtに関係する予備制御信号x(di/dt)を重畳することができる。しかしこれらの予備制御信号x(i),x(di/dt)の重畳は、特定の時間だけ、特定の値を超過する大きい調整偏差aの生じる場合にのみ、行われる。このような大きい調整偏差aは、例えば加速ペダルの急速な操作により生じることがある。第1の信号s10、場合によっては呼び制御信号x(i)及び/又はx(di/dt)、及び発振器4により発生される周期的な発振器信号oが、入力信号として第2の調整器11へ供給される。第2の調整器11はこれから少なくとも1つの別の制御信号s11を発生し、この制御信号s11によって、操作装置12の操作器AP,AS従って移動可能な円錐板P2,S2へ作用する操作力FAP,FASが制御される。発振器信号oは、操作力FAP,FASの変調を行い、即ち操作力FAP,FASに、発振器信号oにより、それぞれ1つの力振動が印加される。調整力Fvの操作器部分FVAは、従って同一部分と発振器信号oにより生ぜしめられて幅Aを持つ振動部分とから合成される。振動部分は移動可能な円錐板P2,S2の振動する移動従って変速比iの適切な変調を行う。操作力FAP,FASの変調は、振幅A及び発振器周波数の選択によって行われて、その結果生じる変速機iの変調が運転者によって認められないか、又は煩わしいと認められないようにする。
変速比iの変調、即ち操作力FAP,FASの変調に反応して変速比iがその同一部分の周りに振動する振幅は、移動可能な円錐板P2,S2が終端位置へ動かされ、その結果振動が減衰されるか否かに、関係している。従って変速比iの変調は、移動可能な円錐板P2,S2とその終端位置との間の平均間隔の尺度、従って移動可能な円錐板へ作用する平均終端位置力FLP,FLVの尺度、又は調節力Fの平均位置力部分FVLの尺度である。
この尺度は、測定装置2により、変速機Gの駆動回転数n及び従動回転数nから測定値aとして求められる。このため測定装置2は、駆動回転数数n及び従動回転数nから変速比iを求める変速比検出装置20、変速比iを変速比標準化値iに標準化する変速比標準化装置21、発振器信号oに基因する信号分を標準化された変速比i/iから求める帯域フィルタ22、変速比iの振動振幅Aを帯域フィルタ22により与えられる信号fから例えば整流及び後続の低域通過により求める振幅検出装置23、及び変速比iの振動振幅Aを調節力Fの操作器部分FVAの振動振幅Aに標準化する結果としての測定値aを形成する振幅標準化装置24を含んでいる。
発振器信号oに基因する変速比iの振動部分が、異なる周波数の複数の信号部分、例えば発振器周波数に相当する基本周波数における信号部分及び基本周波数に調和する周波数における別の信号部分を持っている場合、帯域フィルタ装置22は、これらの信号部分の各々に対して通過範囲を持つことができる。その場合振幅検出装置23において、帯域フィルタ装置22を通過する各信号部分の振幅は、それぞれ1つの特定の係数で重み付けされ、続いて変速比iの振動振幅Aとして振幅標準化装置24へ与えられる信号に加算される。
変速比標準化装置21及び振幅標準化装置24は、もちろん省略することができるが、このような省略は、調整回路を種々の変速機形式へ合わせる際著しい費用を意味する。
調整回路により、測定値aが目標値aに調整されるように、操作力の同一部分が変化される。目標値aは、測定値aの調整の際、変速比iの振動の減衰が確実に認められ、その場合作用する平均終端位置力FLP,FLSができるだけ小さく保たれるように、選ばれる。従って測定値aは、平均終端位置力FLP又はFLSに対して所定のまだ許容できるとみなされる値が生じるような値に調整される。
図3は、変速比iの同一部分に関して測定値aの経過を示している。変速比範囲全体は、両方の変速比閾値iSL,iSHにより3つの範囲B1,B2,B3に分割されている。変速比閾値iSL,iSHの間にある範囲B1は、通常変速比範囲を示し、この範囲B1において変速機Gが通常運転モードで運転される。通常変速比範囲B1より下にある範囲B2及び通常変速比範囲B1より上にある範囲B3は、駆動装置が終端位置運転モードで運転されるそれぞれ下及び上の終端位置変速比範囲を示している。終端位置運転モードにおいて、変速比iの値が下の終端位置変速比範囲B2にある場合のオーバドライブ運転と、変速比iの値が上の終端位置変速比範囲にある場合のアンダドライブ運転とが、以下に更に区別される。
通常変速比範囲B1において、測定値aは最大値aMMAXとなる。なぜならば、操作力FAP,FASの変調の結果移動可能な円錐板P2,S2のいずれもそれぞれの終端位置へ達することがなく、それにより変速比iの振動が減衰されないからである。その場合調節力Fの終端位置力部分FVLは零に等しい。
下の終端位置変速比範囲B2即ちオーバドライブ運転では、調節力Fの終端位置力部分FVLは零ではない。なぜならば、二次円錐板車Sの移動可能な円錐板S2は、操作力FAP,FASの変調により終端位置へ動かされるからである。その結果変速比iの振動部分の減衰が行われ、この減衰は変速比iの減少の際測定値aの減少で現われる。
同様に調節力Fの終端位置力部分FVLは、上の終端位置変速比範囲B3における変速比の値即ちアンダドライブ範囲でも、零ではない。なぜならば、この場合一次円錐板車Pの移動可能な円錐板P2は、操作力FVL,FAP,FASの変調により終端位置へ動かされ、その結果変速比iの振動部分の減衰が行われ、この減衰は変速比iの増大の際測定値aの減少で現われる。
終端位置運転モードにおける測定値aを目標値a=aMMAX/2に調整すると有利なことがわかった。この目標値aではa(i)曲線の峻度が大きいので、変速比iの僅かな変動も速やかに検出してなくすことができ、更に平均終端位置力FAP又はFLSは、まだ許容できるものとみせるほど小さい。なぜならば、この力は変速機Gの効率及び寿命に是認できる程度にしか不利に作用しないからである。
所定の目標値aに測定値aが調整される場合終端位置運転モードにおいて得られる変速比の値iOD及びiUDは、最大又は最小許容変速比値、即ち変速機Gの制御限界である。これらの制御限界iOD及びiUDは上述した方法により求められ、変化する運転条件に合わされる。このため、測定値aの調整の際、特定の運転条件が存在するか否かが検査され、例えば変速機Gへ供給される機関トルクが変速比iに関係して選ばれる範囲内にあるか否かが検査される。即ちアンダドライブ運転の際機関トルクが−10Nmないし10Nmの範囲内にあるか否か、またオーバドライブ運転の際50Nmより大きいか否かが、有利に検査される。これが正しいとわかると、現在求められる変速比iの同一部分が、アンダドライブ運転の場合上の制御限界iUDとして記憶され、またオーバドライブ運転の場合下の制御限界iODとして記憶される。有利なようにこれらの方法段階は数回反覆され、異なる時点にそれぞれ有効な制御限界が一時記憶される。その場合現在の時点に対して有効な上又は下の制御限界iUD又はiODの特定の値が、一時記憶される適当な制御限界の平均値形成によって得られる。この平均値形成により、測定精度が高められる。なぜならば、雑音部分が抑制されるからである。
制御限界iUD,iODは、通常変速比範囲B1の定義のために使用することができる。即ち通常変速比範囲B1は、制御限界iUD,iODの間にある範囲として定義することができ、この範囲の限界iSH,iSLは、上又は下の限界iUD,又はiODから特定の値だけ離れている。
制御限界iUD,iOD、は、有利なように図2の調整回路において変速比標準化値i。として使用され、変速比iが変速比標準化装置21においてこの変速比標準化値i。に標準化される。調整回路の動作開始の際、変速比標準化値iが、まず適当に選択された初期値に初期化される。現在の限界iOD,iUDが求められた後、変速比標準化値i。として、オー場ドライブ運転では、下の制御限界iODが使用され、アンダドライブ運転では、上の制御限界iUDが使用される。
間にある
無段変速機の原理図である。 図1の変速機の変速比終端位置運転モードで調整する調整回路の回路図を示す。 図2の調整回路により求められる測定値の変速比に関係する線図を示す。

Claims (4)

  1. 無段変速機(G)の変速比(i)が、移動可能な調節手段(P2,S2)へ作用する少なくとも1つの操作力(FAP,FAS)によって、2つの変速比終端値の間で無段階に変化可能であるものにおいて、終端位置運転モードが運転モードとして定義され、この運転モードにおいて変速機(G)の変速比(i)が、力振動を印加することによる一方の操作力又は両方の操作力(FAP,FAS)の制御によって制御されて、振動状に変化する変速比(i)の振動の振幅が、一方の操作力又は両方の操作力(FAP,FAS)の制御に応じて一定部分の周りに振動するようにし、変速機(G)の変速比(i)の制御に関係する測定値(a)が求められ、求められた測定値(a)が、一方の操作力又は両方の操作力(FAP,FAS)の一定部分の変化によって、所定の目標値(a)に調整されることを特徴とする、無段変速機の制御方法。
  2. 測定値(a)の調整の際、所定の平均力を持つ調節手段(P2,S2)の少なくとも1つが、機械的行程限定部(LP,LS)に作用することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. 通常運転モードが別の運転モードとして定義され、この別の運転モードにおいて、変速機(G)の変速比(i)又は変速機(G)の駆動回転数(n)が、所定の調整方法に従って調整され、変速機(G)が、変速比終端値の範囲にある変速比(i)の値では、終端位置運転モードで運転され、それ以外では通常運転モードで運転されることを特徴とする、請求項1及び2の1つに記載の方法。
  4. 無段変速機を持つ自動車の駆動装置を制御するために使用されることを特徴とする、請求項1〜3の1つに記載の方法。
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