JP4488252B2 - 自動車のドライブトレイン - Google Patents

Description

本発明は請求項１の前段による自動車のドライブトレインに関する。

特許文献１は内燃機関の形態の駆動機関（エンジン）、トランスミッション、及び該エンジンを作動させる制御装置を有する自動車のドライブトレインを説明している。制御装置はトランスミッションを保護するために、エンジンの出力を第一の最大値又は第二の更に高い最大値に制限する。第二の最大値に対する制限はトランスミッションにおいて直結ギヤとなり、従ってトルクがトランスミッションの入力からカウンタシャフトの中間的接続なしに、トランスミッションの出力に伝達される場合に行なわれる。トランスミッションにおける不必要なシフト操作はこうして防止できる。

駆動力の中断を伴ってのみシフト可能なトランスミッションを有する車両においては、シフト操作が、エンジンからの出力増加を伴うシフト操作の後に再び補償される必要のある速度ロスをもたらす。不必要なシフト操作は従って低燃費に貢献する。

しかしながら、エンジンの出力トルクが増加した直後は、トルクが自動車の走行抵抗を乗り越えるには不十分であり、その時シフト操作が必要になる可能性がある。トルクの増加はその結果、燃料節約の代わりに燃料の増加をもたらし得る。

米国特許第５，８７６，３０２ Ａ号明細書

上記と対照的に、本発明の目的は自動車の低燃費を可能にする、自動車用のドライブトレインを提案することである。本目的は請求項１の特徴を有するドライブトレインを用いた本発明によって達成される。

エンジンの制御装置は、自動車の進行方向の道路の特性、例えば上り勾配又は下り勾配、曲がり又は例えば湿り度合い又は氷のような道路の特性、に関する情報を供給する道路情報機器との信号伝送接続を有している。道路情報機器は例えばデジタルカメラ、赤外線カメラ、レーダ信号の送信器及び受信器、又はデジタル・ロードマップからの情報を評価するシステムとして具体化され得る。精度を増すために、道路情報機器は例えばＧＰＳ信号と呼ばれる自動車の位置を決定するための信号を受信し、処理することができる。

制御装置は道路の特性に関する前述の情報に応じて、第一の最大値から第二の最大値への切替えを行なうために備えられる。該制御装置は従ってエンジンの出力トルクが道路の特性に関する情報に応じて、第一の最大値を超えて増加することを可能にする。制御装置はそれゆえ、燃料節約に関する理由のためにより有利かどうかを予測する方法で、エンジンの出力トルクを増すか、又はトランスミッションにおいてシフトダウンするかを決めることができる。道路の特性に関する情報の評価は正しい決定をする確率を非常に高める。

前述の二つの最大値に加えて、制御装置はまたエンジンの出力トルクを該二つの最大値から逸脱した更なる最大値に制限することもできる。第二の最大値から第一の最大値への切替えは同様に前述の道路の特性に関する情報に依存し得る。トランスミッションは車両のドライバによりマニュアルで作動する変速機か、又は例えば遊星歯車による設計の変速機あるいは機械式自動変速機の形のオートマチックトランスミッションとして具体化することができる。トランスミッションがマニュアルの変速機として具体化される場合、車両のドライバは該制御装置により作動するディスプレイを用いてシフト操作するように要求され得る。

本発明の一つの実施形態において、トランスミッションは上述の制御装置により作動するオートマチックトランスミッションとして具体化される。トランスミッションはまたエンジンの制御装置との信号伝送接続を有する、更なる制御装置によって作動することが可能である。

車両のドライバはトランスミッションの出力におけるトルク要求を出力アクチュエータ要素、例えばアクセルペダルの形で設定できる。車両のドライバはまた、トランスミッションの出力におけるトルクのための所定値となる、エンジンの出力トルク要求を設定可能である。車両のドライバに加えて、例えば速度制御システムのような更なるシステムもまた該要求に影響を与え得る。トランスミッションの出力におけるトルク要求が増加した時、制御装置は第一の最大値よりも高く第二の最大値よりも低いエンジンの出力トルクを有するトランスミッションの現在のギヤにおいて、要求されるトルクが設定可能かどうかをチェックする。このチェックの間、該制御装置は現在のギヤにおける変速比を考慮に入れる。更に、制御装置は道路の特性に関する情報によって、自動車の前方の道路区間内でエンジンの必要トルクが第二の最大値よりも低いままであることが予想されるかどうかをチェックする。これは特に自動車の前方区間内の道路の上り勾配が、定義可能な上り勾配差の制限値未満で上昇する場合である。該区間は例えば２００〜５００ｍの道路を含むことができる。

両方のチェックが肯定的な結果を与える場合、制御装置はエンジンの出力トルクを第二の最大値に制限し、従ってそこで第一の最大値から第二の最大値へ切替えが生じる。同時に、制御装置はトランスミッションの出力におけるトルクが要求値まで増加し、トランスミッション内で現在のギヤが維持されるような方法で、エンジンの出力トルクを設定する。

本発明の一つの改良において、制御装置はトランスミッション内で現在のギヤを維持し、それを第二の最大値と比較しながら、道路の該区間にわたって走行するために必要なエンジンのトルクを推定するために備えられる。このために、制御装置は車両の長手方向に作用する力の均衡が確立される、いわゆる一般的に知られた走行抵抗式を評価する。この計算において、特に前述の道路区間内の上り勾配が考慮される。この推定に基づき、制御装置は第二の最大値への切替えにかかわらず、前述の区間内でシフト操作が必要かどうかを決定することができる。この場合、シフト操作は直ちに行なわれ、従ってトルクを増加させてから続いてシフト操作をする場合に比較して全体の低燃費を達成できる。

本発明の一つの実施形態において、制御装置はエンジンの出力トルクに応じてトランスミッションの負荷値を決定して記憶し、そして制限値を超えた場合には最早第二の最大値への切替えを許容しないために備えられる。トランスミッションの入力における長く及び／又は頻繁に作用する高トルクは、非常に大きなトルクが作用し続ける時、トランスミッションの損傷が排除出来ないような程度まで、トランスミッションに応力を加え得る。前述の負荷値はトランスミッションに対するこれまでの負荷の大きさである。負荷特性値は、例えばどの位の頻度、どの位長くエンジンの出力トルクが第一の最大値を超えたかを合計することにより形成され得る。特に、特定の負荷値がトランスミッションの各ギヤに対して決定されることができ、前記負荷値は特定のギヤに対する負荷を特徴づける。

制限負荷値を超えた後は第二の最大値への切替えは許容されないという事実の結果、過度の高トルクの結果としてのトランスミッションの損傷は防止される。これは切替えが直結ギヤにおいて行なわれるだけでなく、他のギヤにおいても行なわれる場合は特に重要である。

本発明の一つの実施形態において、制御装置は限られた時間のみエンジンの出力トルクを第二の最大値に制限するために備えられる。その期間の長さは特にエンジンの出力トルク及び／又はトランスミッションの負荷値に依存する。該期間は特にエンジンの出力トルク及び／又は負荷値が高いほど短い。その結果、過度の高トルクによるトランスミッションの損傷は防止される。

本発明の更なる利点は説明及び図面から明らかになる。本発明の例示的実施形態は図面において単純化された形で表わされ、以下の記述においてより詳細に説明される。

図１によれば、自動車（図示せず）のドライブトレイン１０は制御装置１６により作動するエンジン１４を有する。車両のドライバはアクセルペダル５２の形態の出力アクチュエータ要素を用いて、エンジン１４の出力トルク用の所定値を設定できる。

エンジン１４は出力軸１３及び摩擦クラッチ１２を用いて、オートマチック式ノンシンクロ変速装置の形態のトランスミッション１９の、出力軸１３に対して同軸に配置された入力軸１１に接続することができる。クラッチ１２及び変速装置１９は同様に制御装置１６により作動する。制御装置１６はこのために、アクチュエータ要素（図示せず）及びクラッチ１２とトランスミッション１９のセンサとの信号伝送接続を有する。その結果、制御装置１６はクラッチ１２を断接可能であり、トランスミッション１９内でギヤの変速を行なうことができる。制御装置１６はまた、それを用いて車両のドライバがトランスミッション１９のギヤシフトを要求可能な、シフトレバー５１に接続される。代わりに、ギヤシフトは元のギヤから目的のギヤへと、自明の方法で制御装置１６によって始動され得る。目的のギヤの決定はここでとりわけ、自動車の速度及び車両ドライバのアクセルペダル５２の作動の度合いに依存する。

トランスミッション１９は２グループ・トランスミッションと称されるものとして具体化される。分割されたグループ１７の形態の、前方に取り付けられたトランスミッションは、トランスミッション入力軸１１に回転方向に固定された方法で接続・配置される。主トランスミッション１８は分割されたグループ１７の下流側に割り当てられる。

トランスミッション入力軸１１は二組の異なる歯車対２０、２１を介して分割されたグループ１７により、トランスミッション入力軸１１と平行に配置されているカウンタシャフト２２に動作可能なように接続され得る。該歯車対２０、２１は異なる変速比を有する。主トランスミッション１８の第３段、第２段、及び第１段ギヤ用の固定歯車２３、２４、２５はカウンタシャフト２２に回転方向に固定された方法で配置される。固定歯車２３、２４、２５は、トランスミッション入力軸１１に対して同軸に配置されたトランスミッション出力軸２９上に回転可能な方法で配列されている、対応した遊び歯車２６、２７、２８とそれぞれ噛み合う。遊び歯車２６はスライディングスリーブ３０を用いてトランスミッション出力軸２９に回転方向に固定されて確実にロックする方法で接続することができ、遊び歯車２７及び２８はスライディングスリーブ３１を用いて、トランスミッション出力軸２９に回転方向に固定されて確実にロックする方法で接続することができる。

分割されたグループ１７のスライディングスリーブ４１及び、主トランスミッション１８のスライディングスリーブ３０、３１、３９は、トランスミッション１９のアクチュエータ要素（図示せず）を用いて作動可能である。確実にロックする結合は従って関連するシフト要素とトランスミッション出力軸２９の間で形成、又は遮断することができる。

トランスミッション入力軸１１がカウンタシャフト２２の中間的接続なしにトランスミッション出力軸２９へ直接接続される場合、トランスミッション１９内で直結ギヤとなる。

エンジン１４の修正されたトルク及び回転速度は、トランスミッション出力軸２９から駆動軸３２を用いて、自明の方法で二つの出力軸３４、３５を経由して回転速度を同一又は異なる比率で駆動輪３６、３７に伝達する、デファレンシャル３３に伝達される。

制御装置１６は自動車の進行方向の道路区間を検出するデジタルカメラ５３の形態の道路情報機器との信号伝送接続を有する。該カメラ５３はそこから例えば上り勾配又は下り勾配、曲がり又は例えば湿り度合い又は氷のような道路の特性についての情報を見出す。この情報はカメラ５３により、この情報をエンジン１４及びトランスミッション１９の作動において考慮する制御装置１６に利用出来るようにされる。

図２ａ及び２ｂにおいて、トランスミッション１９の出力でのトルク要求増加に対する制御装置１６の反応が、異なる道路の特性に関して例示されている。

図２ａにおいて、〔Ｎｍ〕でのトルク及び現在のギヤが縦座標６０ａにプロットされ、時間が〔ｓ〕で横座標６１ａにプロットされている。線６２ａはトランスミッション１９の出力における要求トルク（Ｍ_ＧＡｕｓ）を表わし、線６３ａはエンジン１４の出力トルク（Ｍ_Ａｍｉ）を表わす。点線６４ａはエンジン１４の出力トルクに関する第一の最大値（Ｍ_Ｍａｘ１）を、そして破線６５ａは第二の最大値（Ｍ_Ｍａｘ２）を表わす。自動車の通常運転の間、制御装置１６はエンジン１４の出力トルクを第一の最大値（Ｍ_Ｍａｘ１）に制限する。更に、一点鎖線６６ａはトランスミッション１９の現在のギヤを表わす。

時間ｔ_１までは、Ｍ_ＧＡｕｓはトランスミッション１９の現在のギヤにおいて、Ｍ_Ｍａｘ１よりも低いＭ_Ａｍｉで十分であるような大きさに過ぎない。ｔ_１の時、Ｍ_ＧＡｕｓはＭ_ＡｍｉがＭ_Ｍａｘ１に到達するような程度まで上昇する。この時間ｔ_１において、制御装置１６は更なるＭ_Ａｍｉの増加を許容して要求トルクにそれゆえ到達するか、又はトランスミッション１９がより低いギヤにシフトされるかどうか決定しなければならない。シフト操作の場合、低いギヤの変速比が大きいため、より低いＭ_Ａｍｉが必要である。制御装置１６は自動車の前方区間の道路の上り勾配についての情報に応じて、この決定を行なう。

図３ａは時間ｔ_１の時に考慮される区間内で、自動車からの距離に対してプロットされた上り勾配（線６９ａ）のルートを例示している。このために、〔％〕での上り勾配が縦座標６７ａにプロットされ、〔ｍ〕での距離が横座標６８ａにプロットされている。制御装置１６は現在の上り勾配と自動車前方の道路の上り勾配の差を、全体の区間に関して形成する。この差は図３ａに例示されている特性に対する上り勾配差の制限値よりも常に小さい。

更に、制御装置１６は要求値Ｍ_ＧＡｕｓがＭ_Ｍａｘ２よりも低いＭ_Ａｍｉに到達し得るかどうかをチェックする。この場合は両方の条件が満たされるため、トランスミッション内の現在のギヤは維持され、そしてＭ_ＡｍｉはＭ_Ｍａｘ１を超えて増大する。

Ｍ_Ｍａｘ１が超えられた場合、ギヤに依存する負荷値に関して制御装置１６内に格納されている値は更新される。この値はトランスミッションの各ギヤにおいてＭ_ＡｍｉがＭ_Ｍａｘ１よりも高かった期間を示す。

該負荷値は無制限の時間にわたりＭ_Ｍａｘ１を超えることは許容されず、それは時間ｔ_２において終了する期間の後に中断される。該期間はＭ_Ｍａｘ１が超えられている間の、ギヤに固有の負荷値及びＭ_Ａｍｉに依存する。時間ｔ_２のとき、トランスミッション１９はそれゆえシフト操作され、その結果としてＭ_ＡｍｉはＭ_Ｍａｘ１未満に下降する。

図２ｂは図２ａと同じＭ_ＧＡｕｓの特性を例示している。該当する変量は「ａ」が「ｂ」に置き換えられた、対応する参照数字によって示される。ｔ１の時、Ｍ_ＡｍｉはまたＭ_Ｍａｘ１に到達する。

図３ｂに例示されているように、自動車前方の考えられる区間内で道路が明白な度合いで上昇し、記述された差がそれゆえ上り勾配差の制限値よりも大きいため、トランスミッション１９は時間ｔ_２においてシフト操作されている。その結果、従ってＭ_Ａｍｉは再度下降しＭ_Ｍａｘ１よりも低いままで留まる。Ｍ_{Ｍａｘ１．}からＭ_{Ｍａｘ２．}への切替えは従って生じない。

エンジンの制御装置がカメラと信号伝送接続を有する自動車のドライブトレインを示す。 トランスミッションの出力における要求トルク、エンジンの出力トルク、及びトランスミッションのギヤの時間特性を示す。 トランスミッションの出力における要求トルク、エンジンの出力トルク、及びトランスミッションのギヤの時間特性を示す。 自動車の走行方向における道路の上り勾配の特性を示す。 自動車の走行方向における道路の上り勾配の特性を示す。

Claims (9)

1. 自動車のドライブトレインであって、
   エンジン（１４）と、
   トランスミッション（１９）と、
   前記エンジン（１４）を作動させるための制御装置（１６）と、を有し、
   前記制御装置（１６）が前記トランスミッション（１９）を保護する目的で、前記エンジン（１４）の出力トルク（Ｍ_Ａｍｉ）を第一の最大値（Ｍ_Ｍａｘ１）又はより高い第二の最大値（Ｍ_Ｍａｘ２）に制限するために備えられたドライブトレインであって、
   前記制御装置（１６）が自動車進行方向の道路の勾配に関する情報を供給する道路情報機器（５３）との信号伝送接続を有し、前記制御装置（１６）が前記道路の勾配に関する情報に応じて、前記第一の最大値（Ｍ_Ｍａｘ１）から前記第二の最大値（Ｍ_Ｍａｘ２）への切替えを行なうことを特徴とするドライブトレイン。
2. 前記トランスミッション（１９）がオートマチックトランスミッションであり、前記制御装置（１６）により作動し、前記制御装置（１６）が、
   前記トランスミッション（１９）の出力におけるトルクの要求（Ｍ_ＧＡｕｓ）が増加するとき、
   ―前記要求トルク（Ｍ_ＧＡｕｓ）が前記トランスミッション（１９）の現在のギヤにおいて、前記第一の最大値（Ｍ_Ｍａｘ１）よりも高く、前記第二の最大値（Ｍ_Ｍａｘ２）よりも低い、前記エンジン（１４）の出力トルク（Ｍ_Ａｍｉ）により設定可能かどうかと、
   ―前記道路の勾配に関する情報によって、前記エンジン（１４）の必要トルクが、前記自動車前方の道路区間内で第二の最大値（Ｍ_Ｍａｘ２）未満に留まることが予測されるかどうかがチェックされ、
   同チェックが肯定的な場合に、
   ―前記エンジン（１４）の出力トルク（Ｍ_Ａｍｉ）が前記第二の最大値（Ｍ_Ｍａｘ２）に制限され、
   ―前記エンジン（１４）の出力トルク（Ｍ_Ａｍｉ）が、前記トランスミッション（１９）の出力におけるトルク（Ｍ_ＧＡｕｓ）が要求値まで増加するように設定され、
   ―前記トランスミッション（１９）の現在のギヤが維持される
   よう具体化されることを特徴とする請求項１に記載のドライブトレイン。
3. 前記制御装置（１６）が、自動車の前方区間内の道路の上り勾配が現在の上り勾配と比較して、定義可能な上り勾配差の制限値未満で上昇する場合に、前記エンジン（１４）の第二トルク（Ｍ_Ａｍｉ）が前記第二の最大値（Ｍ_Ｍａｘ２）未満のまま留まることを予想することを特徴とする請求項２に記載のドライブトレイン。
4. 前記制御装置（１６）が、前記トランスミッション（１９）における現在のギヤを保持したまま、道路の区間にわたって走行するために必要な、前記エンジン（１４）のトルク（Ｍ_Ａｍｉ）を推定し、該トルクを前記第二の最大値（Ｍ_Ｍａｘ２）と比較することを特徴とする請求項２に記載のドライブトレイン。
5. 前記制御装置（１６）が、前記エンジン（１４）の出力トルク（Ｍ_Ａｍｉ）に応じて前記トランスミッション（１９）の負荷値を決定して記憶し、限界の負荷値を超えた時に、もはや前記第二の最大値（Ｍ_Ｍａｘ２）への切替えを許容しないことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のドライブトレイン。
6. 前記制御装置（１６）が、複数のギヤに依存する負荷値を決定してそれらを記録し、前述の負荷値に割り当てられたギヤが前記トランスミッション（１９）において係合する場合、対応する限界の負荷値をギヤに依存する負荷値が超えた時に、もはや前記第二の最大値（Ｍ_Ｍａｘ２）への切替えを許容しないことを特徴とする請求項５に記載のドライブトレイン。
7. 前記制御装置（１６）が限られた期間のみ、前記エンジン（１４）の出力トルク（Ｍ_Ａｍｉ）を前記第二の最大値（Ｍ_Ｍａｘ２）に制限することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のドライブトレイン。
8. 前記制御装置（１６）が前記エンジン（１４）の出力トルク（Ｍ_Ａｍｉ）に応じて前述の期間を決定することを特徴とする請求項７に記載のドライブトレイン。
9. 前記制御装置（１６）が前記トランスミッション（１９）の負荷値に応じて前述の期間を決定することを特徴とする請求項７あるいは８に記載のドライブトレイン。

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