JP4469721B2 - パワーシフト変速機のギヤシフト過程の制御のための方法及び相応するパワーシフト変速機 - Google Patents

Description

本発明は、２つの摩擦クラッチと複数のシフトクラッチ有した変速段と該変速段の操作のための少なくとも１つの変速機アクチュエータを含んでいる、駆動エンジンに結合可能なパワーシフト変速機のギヤシフト過程の制御のための方法に関している。また本発明はこの方法を実施するためのパワーシフト変速機に関している。

ギヤシフトないしギヤシフト過程が車両ドライバのシフトレバー操作を介して行われる、既に公知の例えば自家用車用のマニュアル変速機の他にも、遊星歯車式変速機の形態の自動変速機や、トルク切れのないマニュアルシフト型変速機の形態のパワーシフト変速機も既に公知である。そのようなパワーシフト変速機は、摩擦クラッチの形態の発進用構成要素を有しており、また閉成された発進クラッチのもとで変速機入力軸に作用するトルク伝達系のトルクを変速機の入力軸と出力軸の間で実現させる第２の摩擦クラッチも有している。それによってトルク切れのないシフト過程が実現可能となっている。

さらにまたツインクラッチという概念のもとでパワーシフティングを実施し得る変速機も既に公知である。そのようなツインクラッチ式変速機は、相互にシフティングされる２つの自動ＭＴとして把握され、この場合は各変速機入力軸に、同期化される噛合いクラッチ若しくはシフトクラッチによってシフティングされる変速段対と摩擦クラッチが割当てられている。

そのようなツインクラッチ式変速機の変速段は、少なくとも１つの変速機アクチュエータによってシフトされ、複数のクラッチも例えばそれぞれ１つのクラッチアクチュエータを介して操作される。

その場合、通常の走行状態において内燃機関の駆動トルクは、２つのクラッチのうちの一方と、所属の変速機入力軸並びにそのつどの変速機出力軸に割当てられた変速段を介してディファレンシャルに伝達され、そこから各車輪に伝達される。

シフト過程の開始が促され、車両が通常の走行状態におかれている場合には、締結されるべき変速段に割当てられる摩擦クラッチが閉成され、他方の摩擦クラッチは開放され、所属の所望変速段が締結される。所望の変速段に割当てられた新たな摩擦クラッチの制御された閉成によって、この摩擦クラッチは、新たな所望変速段と、まだ係合状態にある先の先行変速段とを介してトルクを伝達している。この場合新たな摩擦クラッチは、まずスリップ状態におかれ、このスリップ状態が続いて摩擦係合状態に移行する。新たな変速段ないしは新たな摩擦クラッチによって完全なトルクの引き継ぎがなされた後では、先行変速段に割当てられていた摩擦クラッチが解除され、それによって相応の部分変速機がトルクの伝達から解除される。エンジン回転数と変速機回転数の同期化過程の後に車両は新たな所望変速段で走行し、この変速段に割当てられた摩擦クラッチはもはやスリップしない。

前述したようないわゆるクロスシフティングでは、厳密ではないクロスシフトのためにどうしても移行中のトルク切れを発生し、これが最終的にはシフトチェンジの際の加速変化を引き起こしてしまう。

本発明の課題は、冒頭に述べたような形式のギヤシフト過程の制御方法において、前述したような不所望なトルク切れが十分に回避されるように改善を行うことである。また本発明の課題は、このような方法を実施し得るパワーシフト型変速機を提供することである。

前記課題は本発明により、２つの摩擦クラッチ並びに複数のシフトクラッチ有した変速段と該変速段の操作のための少なくとも１つの変速機アクチュエータを含んでいる、駆動エンジンに結合可能なパワーシフト変速機のギヤシフト過程の制御のための方法において、
駆動エンジンのトルクを、締結すべき新たな変速段に割当てられる新たな摩擦クラッチを用いて引き継ぐステップと、締結解除すべき先行変速段の締結解除前に、及びトルク引き継ぎ前若しくは引き継ぎ中に、変速機アクチュエータを用いて、予め定められたプリテンショニングフォースを先行変速段のシフトクラッチに印加するステップと、エンジントルクとクラッチトルクの釣合のもとで、先行変速段を印加されたテンショニングフォースを用いて係合解除するステップによって解決される。

これによって有利には、変速機アクチュエータから先行変速段のシフト噛合部に印可される予め定められたプリテンショニングフォースに基づいてトルクの零点通過（新たな変速段のクラッチにおけるトルク釣合）のもとで変速機アクチュエータが変速段を容易に締結解除することができ、それによって新たな変速段のシフトクラッチと摩擦クラッチとの間のクロスシフトが行われ、もはや２つの摩擦クラッチの間のクロスシフトは行われなくなる。

本発明の別の有利な実施例によれば、先行変速段の締結解除後に新たな摩擦クラッチにおけるスリップ量が低減される。この場合有利には、新たな摩擦クラッチにおけるスリップ量が、エンジントルクとクラッチトルクに対して組み合わされる介入制御を用いて低減される。

この手法は、不変の駆動エンジントルクのもとでクラッチトルクを変調するのに比べて、知覚され得る車両加速度が変動しない利点を有する。また代替的な手法、すなわちエンジン介入制御を一定に維持されたクラッチトルクのもとで実施する手法は、内燃機関の慣性が故にその制御が困難なことから欠点となる。

エンジントルクとクラッチトルクへの前述したように組み合わされた介入制御によって、エンジントルクのみを目標値設定の形態で制御するだけでよくなる。この目標値設定は、有利な実施形態によれば、不変のクラッチトルクのもとで差分トルクの積分によって回転数の適応化が引き起こされるように行われる。この場合の差分トルクとは、以下の関係式、

に従ったエンジントルクとクラッチトルクの間の差分と理解されたい。

本発明の別の有利な実施例によれば、スリップ量低減の開始時点で、目標エンジントルクが飛越し機能に従って変更され、その後でギヤシフト過程に従って十分線形にドライバ所望のトルクに適応化される。

この場合本発明の別の有利な実施例によれば、エンジントルクとクラッチトルクの十分な近似がなされた後で、新たな摩擦クラッチのスリップ状態から摩擦係合状態へのなめらかな移行が行われるように当該新たな摩擦クラッチの駆動制御が行われる。この場合エンジン介入制御が良好に実現されるほど、出力側に作用するトルクの平滑化に要するクラッチトルクの変調が少なくて済む。

車両における実装率の高まっている電子制御式のアクセルペダル（Ｅ−Ｇａｓ）に基づけば、アクセルペダルとスロットル弁角度の間の直接の関係を廃止することが可能となり、それに伴って種々異なるエンジントルクを設定することが可能になる。それに伴って車輪に作用する駆動トルクをギヤシフト過程の前後で十分一定に維持することが可能となる。この場合有利には、新たな摩擦クラッチによってエンジントルクが引き継がれている間に既にエンジントルクの変更がなされる。

また本発明によれば有利には、駆動エンジンとそれに結合可能なパワーシフト変速機を有する車両の発進過程を実施するための方法において、発進過程を、アップシフトされた第１の変速段によって実施し、第１の変速段に割当てられた先行の摩擦クラッチのスリップ状態が終了する前に、若しくは変速機入力軸の回転数が第１の変速段によってエンジン回転数に達する前に、エンジントルクを新たな摩擦クラッチによって引き継ぐ。

このことは換言すれば次のようなことを意味する。すなわち、発進過程が、短い変速比の第１の変速段によって実施され、このことは発進の際に高い加速度に結び付き、第１の変速段に割当てられていた先行の摩擦クラッチのスリップ状態（この第１の変速段に割当てられている先行の摩擦クラッチは発進の際にスリップ状態にある）が終了する前に、若しくは第１の変速段の変速機入力軸の回転数がエンジン回転数に達する前に、エンジントルクが第２の変速段に割当てられた新たな摩擦クラッチによって引き継がれることを意味する。このことは一方では高い発進加速につながり、第１の変速段から第２の変速段につなげられるシフト過程の際の快適性を損なうことにもならない。なぜならば第２の変速段に割当てられた新たな摩擦クラッチが、第１の変速段に割当てられていた先行の摩擦クラッチがまだスリップ状態にある間に、若しくは変速機入力軸がそれに配設されている第１の変速段によってエンジン回転数に達する前に、既にエンジントルクを引き継ぐからである。

本発明によれば、２つの摩擦クラッチ並びに複数のシフトクラッチ有した変速段と該変速段の操作のための少なくとも１つの変速機アクチュエータを含んでいるパワーシフト変速機において、変速機アクチュエータが、締結すべき変速段に割当てられる新たな摩擦クラッチによるトルク引き継ぎの前若しくは引き継ぎ中に、予め定められたプリテンショニングフォースを締結解除すべき先行変速段のシフトクラッチに印加し、エンジントルクとクラッチトルクの釣合のもとで、先行変速段が印加されたプリテンショニングフォースによって係合解除される。

そのように構成されたパワーシフト変速機は、新たな変速段のクラッチにおけるトルク釣合の瞬間に先行変速段の迅速な締結解除を可能にする。それにより摩擦クラッチと新たな変速段のシフトクラッチの間のクロスシフトが行われ、２つの摩擦クラッチ間のクロスシフトはもはや行われない。このことは先行の摩擦クラッチのクラッチトルクの変調がもはや車両の加速度変化の中に現われることがないことを意味する。

さらに本発明の別の実施例によれば、パワーシフト変速機が高い変速比の第１の変速段と摩擦クラッチを有し、第１の変速段に割当てられた摩擦クラッチのスリップ状態が終了する前に、若しくは変速機入力軸の回転数が第１の変速段によってエンジン回転数に達する前に、第１の変速段に割当てられた摩擦クラッチによってエンジントルクが引き継がれる。

それによりこの変速機は、より早い車両加速度と高いシフト快適性を伴う発進過程が可能となる。なぜなら第１の変速段における加速走行の最後に顕著に現われる加速度変化が回避されるからであり、またエンジントルクの引き継ぎが、第１の変速段に割当てられている摩擦クラッチのスリップ状態が終了する前に、若しくは変速機入力軸の回転数が第１の変速段によってエンジン回転数に達する前に、既に第２の変速段に割当てられたクラッチによって行われるからである。

本発明は以下の明細書で図面に基づいて詳細に説明される。この場合
図１は、ギヤシフト過程の際のエンジントルクとクラッチトルクを時間軸に亘って示した図であり、
図２は、エンジン介入制御を表したダイヤグラムであり、
図３Ａ〜Ｃはギヤシフト過程を説明するためのフローチャートである。

次に本発明を図面に基づき以下の明細書で詳細に説明する。

図１は、ギヤシフト過程の際のエンジントルクとクラッチトルクを時間軸に亘って概略的に表したダイヤグラムである。この概略図ではエンジントルク１がギヤシフト過程の間一定に維持されている。締結解除すべき先の先行変速段に割当てられている摩擦クラッチのクラッチトルク２もこの概略図では一定に維持されており、エンジントルクよりも高いトルクを有している。

新たな変速段に割当てられている新たな摩擦クラッチ３のクラッチトルク３はこの概略図ではトルク引き継ぎにおいて十分に線形に上昇し、その後エンジントルク１に近似している。

フェーズｔ_１では、変速機アクチュエータを介して、予め定められたプリテンショニングフォースが締結解除すべき先行変速段のシフトクラッチに印加され、そのため新たな摩擦クラッチにおけるトルク釣合の瞬間に、変速機アクチュエータは既にプリテンショニングされているシフト噛合を容易にかつ迅速に解除できる。このような手法によって、エンジントルクと新たな変速段のクラッチにおける摩擦トルクとの釣合の瞬間に先行変速段を迅速に接続解除できるような理想的な状態への近似が達成される。先行変速段のシフト噛合における予め定められたプリテンショニングフォースによって、先行変速段の迅速な締結解除が達成され、場合によって生じ得るトルク切れ（これは２つの摩擦クラッチ間のクロスシフトの際に発生し得る）は避けられる。

図２には、エンジン同期化の際の制御されたエンジン介入制御のダイヤグラムが示されている。

エンジン目標トルクは、この場合エンジントルクからの差分トルクの積分が低減されるように正確に選択される。それにより、エンジン介入制御が実施される期間中のクラッチトルクが不変のクラッチトルクのもとでエンジン同期化の際の回転数適応化を生じさせる。

新たな変速段に割当てられるクラッチのクラッチトルク３は、時点ｔ_Ａの前で既に上昇し、この時点までにエンジントルク実際値１に達する。時点ｔ_Ａでは、先行の変速段が締結解除され、エンジン同期化が開始される。すなわち新たな変速段に割当てられたクラッチにおけるスリップ量が低減されなければならない。この目的に対しては目標エンジントルクが時点ｔ_Ａで飛越し形式で変更され、引き続き勾配形式でドライバの所望エンジントルク、例えば介入制御前のエンジントルク相応するエンジントルクに適応される。図２中に斜線で示されている面積部分は、この場合前述したエンジントルクとクラッチトルクからの差分トルクに関する積分に相応し、それと共にエンジンの慣性トルクにもエンジン同期化の間の回転数変化が乗算される。

図２に基づいて明らかなように、新たな所望変速段に割当てられた摩擦クラッチのクラッチトルク３は、エンジン介入制御が終了する時点ｔ_Ｂの前に僅かだけ高められている。それによりスリップ状態から摩擦係合状態へのなめらかな移行が実施される。

以下ではトラクションシフトアップのもとでのギヤシフト過程に対する例としての図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃに関連して、そのようなギヤシフト過程の全体経過を説明する。ここで使用されている変数に関しては以下のとおりである。：
Ｇａｎｇ＿ｘ：変速段ナンバ
ＭＲ＿ｘ： 表示変速段に所属するクラッチの摩擦トルク
Ｚ＿ｘ： 表示変速段のシフト状態（１＝シフトされている；０＝シフトされていない）
Ｍｅ＿ｘ： エンジントルク（現下の目標トルク、現下のトルクないし所望トルク）
ＦＳ＿ｘ： 表示変速段のシフトフォース
ＤＭ： トルク閾値
ＤＮ： 回転数閾値
ＮＥ： エンジン回転数
ＮＧ＿ｘ： 表示変速段に所属する変速機入力軸の回転数
−＞ 制御特性量の変化（時間経過）
＝ 変数割当て、等価問い合わせ
Ｉｓｔ： 実際値
Ｚｉｅｌ： 目標段
Ｖｏｒｓｐａｎｎ プリテンション

第１のステップＳ１では、新たな所望変速段（目標段）がシフトアップ要求に相応するかどうかが検査される。当てはまる場合には、ステップＳ２において新たな所望変速段に割当てられるクラッチの開放が要求される。すなわち当該新たな所望変速段に所属するクラッチの摩擦トルクがゼロに戻され、その後で次のステップＳ３において、当該クラッチの摩擦トルクが既にゼロに戻されたかどうかが検査される。これに該当する場合には、次のステップＳ４において、新たな所望変速段のシフト状態を値１にセットすることが要求される。つまりギヤシフトされた状態が引き起こされる。その後で現下のシフト状態が次のステップＳ５において検査される。それにより次のステップＳ６に対する当該フローチャート制御の引き渡しは、シフト状態＝１の条件が満たされた場合に実行される。

ステップＳ６で開始される第２のサブプロシージャでは、所属のクラッチによるトルク引き継ぎが行われる。この目的のためにステップＳ６ではまず、ギヤシフト過程の後で、駆動輪に生じているホイールトルク適応化のためのエンジントルクの補正が行われるべきか否かが検査される。そのようなエンジントルクの適応化は、エンジン所望トルクがエンジンによって達成し得るトルク領域外に存在していない場合、例えばエンジンがまだ全負荷で作動していない場合に行うことが可能である。ステップＳ７では、エンジントルクとクラッチトルクがシフト後に所望のエンジントルクの値まで調整されるように引き上げられ、エンジントルクの適応化が不可能か若しくは望まれない場合には、ステップＳ８においてクラッチトルクが現下のエンジントルク実際値の値まで引き上げられる。

時間的に平行して、ステップＳ９では、先行の変速段の締結解除のための予め定められるプリテンショニングフォースが与えられる。なぜならこの先行変速段は依然として現下の変速段実際値にあるからである。次のステップＳ１０では、先行変速段が締結解除され、変速機変数がさらなるステップＳ１１において新たに課せられる。

ステップＳ１１の実行後は、第３のサブプロシージャへの当該フローチャートスキーマの引渡しが行われ、そこでは駆動エンジンの同期化が実施される。

それに対してはまずステップＳ１２において、エンジンの現下の作動状態に依存して、既に実施されている前述のエンジン介入制御に対する目標経過が求められる。これに続いてステップＳ１３では、目標エンジントルクが時間の関数として求められ、ステップＳ１４において新たな所望変速段に割当てられるクラッチのクラッチトルクが、新たな所望変速段に所属する変速機入力軸回転数と目標エンジントルクに依存して求められる。ステップＳ１５では、エンジン回転数と、新たな変速段に所属する変速機入力軸回転数との間に差分が生じていないかどうか、及びこの回転数差が回転数閾値よりも小さいかどうか、つまり同期化過程が終了しているかどうかが検査される。該当しない場合には、ステップＳ１３へのフィードバックジャンプが行われ、新たなプロシージャ経過の後でさらなる検査がステップ１５において行われる。このステップＳ１５での検査において、回転数差分が予め定められた回転数閾値よりも小さくなった場合には、当該のエンジン同期化がそこで終了される。

それにより、ドライバにとってほとんど知覚されないか若しくはもはや知覚することのできないようなシフト過程が、摩擦クラッチと個々の変速段のシフト噛合の間のマスキングシフトの適用のもとで実現され、これによってギヤシフトに高い快適性が伴う。

前述の個々の実施例において詳細には説明しなかった本発明の特徴に関しては、請求項において明確に示唆されている。

出願人によって提出される特許請求の範囲は、広範な権利保護獲得のための先例のない形式化された提案である。出願人はこれまでの明細書及び/又は図面中にのみ開示された特徴部分の組合わせの権利保護の請求は留保する。

従属請求項に用いられている従属関係においては、独立請求項の対象のさらなる構成がそれぞれの従属請求項の特徴部分によって示唆されており、それらは従属関係にある従属請求項の特徴部分の組合わせに対する独立した排他的保護の獲得を断念したものではないことを理解されたい。

また従属請求項の対象は、優先日時点の従来技術に対する固有の独立した発明を形成し得るものであるので、出願人は従属請求項の対象や部分的説明事項に対しても留保を付ける。さらにそれらには先行の従属請求項の対象に依存しない構成を有する独立した発明も含み得る。

前述の実施例は本発明を限定する意味のものではないことを理解されたい。それどころか本願の開示の枠内においてはその他の多くの変更例や改善例が可能である。特に例えば一般的な説明や実施形態並びに請求項において記載した特徴や図面に含まれた特徴部分ないし要素若しくは方法ステップとの個々の結び付けによる組合わせや変更等による変数、構成要素、組合わせ及び/又は材料の変更例や改善例は当業者にとって課題解決のために導き出すことができ、また組合わせ可能な特徴部分によって新たな対象や方法ステップないし方法ステップシーケンスに結び付けることもそれらが製造方法や検査方法、作業方法に該当する限り可能である。

ギヤシフト過程の際のエンジントルクとクラッチトルクを時間軸に亘って示した図 エンジン介入制御を表したダイヤグラム ギヤシフト過程を説明するためのフローチャート ギヤシフト過程を説明するためのフローチャート ギヤシフト過程を説明するためのフローチャート

Claims (8)

1. ２つの摩擦クラッチ並びに複数のシフトクラッチ有した変速段と該変速段の操作のための少なくとも１つの変速機アクチュエータを含んでいる、駆動エンジンに結合可能なパワーシフト変速機のギヤシフト過程の制御のための方法において、
   駆動エンジンのトルクを、締結すべき新たな変速段に割当てられる新たな摩擦クラッチを用いて引き継ぐステップと、
   締結解除すべき先行変速段の締結解除前に、及びトルク引き継ぎ前若しくは引き継ぎ中に、変速機アクチュエータを用いて、予め定められたプリテンショニングフォースを先行変速段のシフトクラッチに印加するステップと、
   エンジントルクと新たな摩擦クラッチのクラッチトルクの釣合のもとで、先行変速段を印加されたテンショニングフォースを用いて係合解除するステップとを有し、
   新たな摩擦クラッチにおけるスリップ量が、エンジントルクとクラッチトルクに対して組み合わされる介入制御を用いて低減され、さらに、
   スリップ量低減の開始時点で、目標エンジントルクが飛越し機能に従って変更され、その後でギヤシフト過程に従って線形にドライバ所望のトルクに適応化されるようにし、
   さらに前記目標エンジントルクが以下の関係式、
   

   

   に従って予め選択され、
   前記"Ｍ _Motor "はエンジントルク、前記"Ｍ _Kupplung "はクラッチトルクであることを特徴とする方法。
2. 先行変速段の締結解除後に新たな摩擦クラッチにおけるスリップ量が低減される、請求項１記載の方法。
3. エンジントルクとクラッチトルクの近似がなされた後で、新たな摩擦クラッチのスリップ状態から摩擦係合状態へのなめらかな移行が行われるように当該新たな摩擦クラッチの駆動制御が行われる、請求項１または２記載の方法。
4. 車輪に作用する駆動トルクがギヤシフト過程の前後で等しくなるように、エンジントルクが変更される、請求項１から３いずれか１項記載の方法。
5. 新たな摩擦クラッチがエンジントルクを引き継いでいる間に当該エンジントルクが変更される、請求項４記載の方法。
6. 駆動エンジンとそれに結合可能なパワーシフト変速機を有する車両の発進過程を実施するための請求項１から５いずれか１項記載の方法において、
   発進過程を、高い変速比の第１の変速段によって実施し、
   第１の変速段に割当てられた先行の摩擦クラッチのスリップ状態が終了する前に、若しくは変速機入力軸の回転数が第１の変速段によってエンジン回転数に達する前に、エンジントルクを新たな摩擦クラッチによって引き継ぐようにしたことを特徴とする方法。
7. ２つの摩擦クラッチ並びに複数のシフトクラッチ有した変速段と該変速段の操作のための少なくとも１つの変速機アクチュエータを含んでいるパワーシフト変速機において、
   変速機アクチュエータが、締結すべき変速段に割当てられる新たな摩擦クラッチによるトルク引き継ぎの前若しくは引き継ぎ中に、予め定められたプリテンショニングフォースを締結解除すべき先行変速段のシフトクラッチに印加し、
   エンジントルクとクラッチトルクの釣合のもとで、先行変速段が印加されたプリテンショニングフォースによって係合解除されることを特徴とするパワーシフト変速機。
8. 請求項７記載のパワーシフト変速機において、
   発進のために高い変速比の第１の変速段と摩擦クラッチを有し、該摩擦クラッチは、第１の変速段に割当てられた摩擦クラッチのスリップ状態が終了する前に、若しくは変速機入力軸の回転数が第１の変速段によってエンジン回転数に達する前に、第１の変速段に割当てられた摩擦クラッチからエンジントルクを引き継ぐことを特徴とするパワーシフト変速機。

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