JP4890590B2 - 自動車のドライブトレインを制御するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前置部分による自動車のドライブトレインを制御するための方法、すなわち、内燃機関と、少なくとも２つの別個の変速段を有する自動変速機と、自動的に制御されるクラッチとを有するドライブトレインを制御するための方法に関する。本発明はまた、請求項９の前置部分による制御ユニットに関する。このような方法及びこのような制御ユニットは、それぞれそれ自体公知である。

連続可変の変速比を有する変速機を限定するために、別個の変速段を有する自動変速機は、また、以下で多段変速機とも称される。

自動車のドライブトレインのすべての種類の自動多段変速機では、別個の変速段の間の切換は、内燃機関の負荷及び回転速度ならびに自動車の速度のようなドライブトレインの動作パラメータに応じて行われる。

内燃機関からの一定の駆動出力は、トルク及び回転速度値の異なる対によって提供できることが多いが、この理由は、出力はトルクと回転速度との積に比例するからである。したがって、同一の駆動出力を代替的に回転速度が低く、燃焼室の充填が大きい、したがってトルクが大きいときに、あるいは回転速度が比較的高く、燃焼室の充填が比較的小さい、したがってトルクが比較的小さいときに、提供することができる。

しかし、出力が同じであるにもかかわらず、燃料消費量は、比較的高い回転速度及び比較的小さなトルクを有する動作点では、比較的低い回転速度及び比較的大きなトルクを有する動作点におけるよりも大きい。

したがって、公知の自動変速機のシフトプログラムでは、回転速度が可能な限り低くかつ内燃機関のトルクが対応して高いときに必要な出力が提供されるように、出力要求が低い運転状態において可能な限り長い（大きい）変速比が選択される。

無段の（段無く変更可能な）変速機では、最小の消費率のエンジン速度においてそれぞれの速度に対する変速比の無段の（制限のない）適合が可能であるが、公知の制御システムと関連する多段変速機では、すべての速度について最適な消費のエンジン速度の設定は可能ではない。

一例は、車両が、７つのギヤ速度の多段変速機の６番目のギヤ速度で、例えば５０ｋｍ／ｈの特定の速度で走行している状態であるが、それは、７番目のギヤ速度に生じるであろうエンジン速度が、内燃機関の予め定められた最小回転速度ｎ＿ｍｉｎよりも低い。この例では、自動制御されるクラッチは、内燃機関と多段変速機との間に配置される。

上述の例では、変速機入力速度ｎ＿６は、クラッチが閉じているときに６番目のギヤ速度に生じる。この例では、回転速度ｎ＿６は、最小回転速度ｎ＿ｍｉｎと回転速度ｎ＿６との間にある消費に最適な回転速度の上方にある。このことは、最小の消費でのエンジン速度を設定できるであろう変速比と比較して、望ましくない追加の燃料消費及び望ましくないＣＯ_２排出量の増加をもたらす。

米国特許２００５／０２２１９５０Ａ１ 米国特許５，４７９，３４５Ａ 独国特許１９８ ３９ ８３７

この背景に対して、本発明の目的は、上述した消費に関する不都合及びＣＯ_２排出量の増加の不都合を低減できる、それぞれ冒頭に述べた種類の方法及び制御ユニットを提供することである。

この目的は、独立請求項の特徴によってそれぞれ達成される。

エンジン速度が、ｎギヤ速度では内燃機関の許容される最小回転速度よりも高くｎ＋１ギヤ速度では許容される最小回転速度よりも低い、一定の速度で、自動車が移動している走行状態では、従来の制御ユニットは、ｎ番目のギヤ速度に係合して、クラッチが閉じた状態でドライブトレインを操作するであろう。

対照的に、本発明による方法では、より高いギヤ速度が係合され、内燃機関は、最小回転速度より上方の回転速度で運転され、クラッチはスリップ状態で操作される。言い換えれば、クラッチが閉じた状態でギヤ速度ｎでドライブトレインを操作する代わりに、ｎ＋１番目のギヤ速度が係合され、クラッチはスリップ状態で、好ましくは調整されたスリップ状態で操作され、その結果、クラッチがスリップしているときの変速機入力速度は、内燃機関の回転速度とは異なることが可能である。

５０ｋｍ／ｈの速度の上記の例示的な状態では、本発明に従って、関連する変速機入力速度が内燃機関の最小回転速度の下方にある第７のギヤ速度が係合される。対照的に、内燃機関は、その最小回転速度で又は比較的高い回転速度で運転される。回転速度の差を許容するために、クラッチはスリップ状態（スリップ）で操作される。

第７のギヤ速度でドライブトレインを操作することにより、この例では、クラッチが閉じられかつ６番目のギヤ速度が係合された場合に生じるであろう不必要に高いエンジン速度が回避される。この結果、燃料消費が低減される。

本発明は、変速機入力速度が非常に低く、多段変速機のｎ番目の変速段の変速機入力速度が内燃機関の最小回転速度のなお上方にあり、かつ（ｎ＋１）番目の変速段の変速機入力速度がすでに内燃機関の最小回転速度の下方にあるであろう走行状態で、一般に、この目的とする効果を有する。

さらなる利点は、従属請求項、説明及び添付図から理解することができる。

当然、上述し、なお以下に説明する特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、それぞれ指定された組み合せにおいてのみでなく、他の組み合せにおいても、あるいは単独でも利用できる。

本発明の例示的な実施形態が図面に示され、次の説明においてより詳細に説明する。前記図面では、いずれも概略図で示す。

自動車のドライブトレインの図面である。 速度及び自動多段変速機の係合ギヤ速度に応じたドライブトレインの内燃機関の回転速度の曲線である。 内燃機関１２の一定の出力レベルの様々な値についてエンジン速度に対して燃料消費をプロットした図面である。

特に、図１は、内燃機関１２と、少なくとも２つの別個の変速段を有する自動変速機１４と、自動制御されるクラッチ１６とを有する自動車のドライブトレイン１０を示している。内燃機関１２によって発生されるトルクは、クラッチ１６が閉じた状態で、自動変速機１４とシャフト１８、２０、２２及び／又は変速機２４を介して自動車の駆動輪２６、２８に伝達される。制御ユニット３０は、内燃機関１２のトルク及び回転速度ｎに影響を及ぼすための操作変数Ｓ＿１２、自動変速機１４の別個の変速段の間の切換を制御するための操作変数Ｓ＿１４、及びクラッチ１６を制御するための作動信号Ｓ＿１６によってドライブトレイン１０を制御する。

内燃機関１２のトルクの発生は、その空気システム及び／又はその燃料システム及び／又はその点火システムへの介入によって制御される。上述の操作変数Ｓ＿１２、Ｓ＿１４、Ｓ＿１６を形成するために、制御ユニット３０は、ドライブトレイン１０の動作パラメータがマッピングされ、ドライブトレイン１０のセンサによって提供される信号を処理する。図１に示す実施形態では、アクセルペダル信号送信器３２がトルク要求ＦＷ（運転者の要求）を供給する。回転速度センサ３４は、内燃機関１２の回転速度ｎ１に関係する信号を供給し、車輪速度センサ３６は、自動変速機１４の出力速度に比例する回転速度信号ｎ２を供給する。

さらに、制御ユニット３０は、本発明による方法のシーケンス及び／又は本発明による方法の実施形態のシーケンスを制御するように構成され、特にプログラミングされる。

図１に示す実施形態では、制御ユニット３０は、ドライブトレイン１０全体、すなわち内燃機関１２、自動変速機１４及び自動制御されるクラッチ１６を制御する。当然、単一の制御ユニット３０の代わりに、複数の制御ユニットのグループも利用することができ、それらの各制御ユニットは、ドライブトレイン１０への各制御ユニットの個々の操作介入を調整するために、中央制御ユニットによって調整されるか又はバスシステムを介して互いに通信する。

自動多段変速機１４に設定される変速比が認識されると、変速機側のクラッチ回転速度は、速度ｖ、したがって回転速度ｎ２の線形関数として獲得される。作動信号Ｓ＿１６と、回転速度に特定の差があるときにクラッチ１６を介してそれぞれ伝達されるトルクとの関係は、特性曲線又は特性図の形態で制御ユニット３０に記憶されることが好ましい。これは最新技術である。回転速度の差も、回転速度値ｎ１とｎ２を評価することによって制御ユニット３０で知られる。内燃機関１２の運転特性変数から制御ユニット３０によって連続的に計算されるエンジントルクも知られるが、この理由は、現在のエンジン制御器が、例えば運転者の要求ＦＷに応じて計算されるトルク要求に基づきすべての操作変数を決定するからである。

制御ユニット３０は、クラッチ１６における回転速度の差及び最終的にクラッチ摩擦面の押圧力にマッピングされる作動信号Ｓ＿１６から、クラッチ１６を介して伝達されるトルクの値を決定する。

したがって、制御ユニット３０は、クラッチ１６を作動することによってエンジン速度ｎ１を設定するために、クラッチ１６を介してトルクフローを制御することができる。この場合、一実施形態において、作動は調整して実施されることが好ましい。このため、エンジン速度ｎ１の実際値が目標値と比較され、それによってトルク伝達がクラッチ１６を介して制御される、操作変数Ｓ＿１６がその制御誤差から形成される。

図２は、速度ｖに応じた及び７つのギヤ速度を有する自動変速機１４の係合ギヤ速度に応じた内燃機関１２の回転速度ｎ１の曲線を示している。この場合、個々の曲線は、図２の約８００ｍｉｎ^−１〜１６００ｍｉｎ^−１にわたる回転速度ｎ１の特定の間隔についてそれぞれマッピングされる。通常の運転モードの内燃機関１２の最小回転速度ｎ＿ｍｉｎは、図２に１０００ｍｉｎ^−１のｎ１値で示される。このような最小回転速度の値は、例えば、低い回転速度からの加速中の震動のない操作に対する要件から得られる。

図２の例では、本発明を採用せずに運転される自動車は、７つのギヤ速度の６番目で最大約５０ｋｍ／ｈの速度で運転される。この場合、クラッチ１６が閉じているとき、１２３０ｍｉｎ^−１の比較的高い回転速度が６番目のギヤ速度に生じる。この値は、最小回転速度ｎ＿ｍｉｎの上方にあり、したがって、より低い回転速度における運転と比較して消費に関し不都合をもたらす。５０ｋｍ／ｈの予め規定された速度では、クラッチが閉じた状態で次の最も高い第７のギヤ速度で可能である次の最も低いエンジン速度ｎ１は、８６０ｍｉｎ^−１である。しかし、この値は、すでに最小回転速度ｎ＿ｍｉｎの下方にある。最新技術では、したがって、自動変速機１４の６番目のギヤ速度が係合され、自動車は、対応して１２３０ｍｉｎ^−１の高い回転速度の５０ｋｍ／ｈで運転される。

この状態は、ドライブトレイン１０のｎ番目の変速段の変速機入力速度が内燃機関１２の最小回転速度ｎ＿ｍｉｎの上方にあり、かつ（ｎ＋１）番目の変速段で最小回転速度ｎ＿ｍｉｎの下方にあるであろう変速機出力速度があるときの一例を構成する。図２では、このことは、ｎ番目のギヤ速度の動作点３７及び（ｎ＋１）番目のギヤ速度の動作点３８に対応する。最新技術では、次に低いギヤ速度、ここではｎ番目のギヤ速度が係合され、またクラッチ１６が閉じた状態でかつ消費に好ましく（すなわち、消費が多いが）エンジン速度ｎ１を高めてドライブトレイン１０が引き続き操作されるという事実によって、最小回転速度ｎ＿ｍｉｎを下回ることが防止される。

このような状態で最適な消費で内燃機関１２を運転するために、本発明に従って、ドライブトレイン１０は、クラッチ１６がスリップ状態で、かつ、その最小回転速度ｎ＿ｍｉｎにある回転速度ｎ１で又はより高い回転速度で、（ｎ＋１）番目の変速段で操作される。図２の例では、クラッチ１６は、７番目ギヤ速度で、最小回転速度ｎ＿ｍｉｎと等しい内燃機関１２の回転速度ｎ１が生じるようにスリップ状態で操作される。これは、動作点４０に対応する。

したがって、内燃機関１２は、特に変速機入力速度の第１の値ｎ＿３７を下回る回転速度で運転され、この値ｎ＿３７は、６番目の変速段に、あるいはより一般的には次に低いｎ番目の変速段に、同一の変速機出力速度で生じるであろう。

図３では、燃料消費ｍが、内燃機関１２の一定の出力レベルＰ１＝４．５ｋＷ、Ｐ２＝５．３ｋＷの様々な値に関し、エンジン速度ｎ１に対しｋｇ／ｈでプロットされている。予想されるように、消費は、各回転速度値で出力の増加と共に増加する。さらに、消費は、出力が一定であり、かつ回転速度が増加するときに増加する。点３７＿ａは、１２３０ｍｉｎ^−１の回転速度にあり、内燃機関１２の約４．５ｋＷの出力レベルにある。点３７＿ａは、図２の点３７に割り当てられる。言い換えれば、速度が５０ｋｍ／ｈであるとき、クラッチ１６が閉じた状態で、１２３０ｍｉｎ^−１のエンジン速度が６番目のギヤ速度に生じる。この関連で生じる走行抵抗を克服するために、この場合、約４．５ｋＷの出力レベルが必要である。この結果、約２．１５ｋｇ／ｈの燃料消費が生じる。

点４０＿ａは、１０００ｍｉｎ^−１の回転速度にあり、約５．３ｋＷの内燃機関１２の出力レベルにある。点４０＿ａは、図２の点４０に割り当てられる。言い換えれば、速度が５０ｋｍ／ｈであるとき、７番目のギヤ速度が係合され、クラッチ１６がスリップしている場合、１０００ｍｉｎ^−１の回転速度が設定される。走行抵抗とスリップクラッチ１６における摩擦損失との和を克服するために、この場合、約５．３ｋＷの出力レベルが必要である。この結果、約２．０５ｋｇ／ｈの燃料消費が生じる。

動作点３７＿ａ、４０＿ａに関して、本発明は、ｎ＋１番目のギヤ（速度）が係合されかつクラッチ１６がスリップ状態で、ドライブトレインが動作点４０＿ａで操作されるようにする。この場合、クラッチ１６に生じる約５．３ｋＷ−４．５ｋＷ＝０．８ｋＷの摩擦損失は、湿式クラッチで、オイル冷却システムによって容易に放出することができる。

クラッチがスリップするときに生じる出力散逸の重要な良い二次効果は、その結果、冷間始動後に変速機オイルがより急速に動作温度に加熱されることである。より迅速に暖められることにより、変速機オイルの温度が低いときの引きずり損失及びその結果生じる追加の燃料消費が、相当低減される。

したがって、好ましい一実施形態では、本方法が変速機オイルの温度の測定値に応じて実施される。この場合、変速機オイルの温度は、測定するか又はドライブトレイン１０の動作パラメータに応じてモデル化することによって決定することができる。

好ましい一実施形態は、変速機オイルの温度が閾値の下方にある場合にのみ、本方法が実施されるという事実によって特徴づけられる。この場合、閾値は、変速機オイルを過度に急速に老化させるであろう高い変速機オイル温度で、さらなる入熱が行われないように規定されることが好ましい。

エンジン速度ｎ１を下げることにより、効率の利益が得られる。他方、クラッチ１６のスリップの結果、効率の損失が生じる。燃料の節減を達成するために、クラッチ１６がスリップするときに生じる効率の損失は、エンジン速度ｎ１を下げることによって達成される効率の利得よりも小さくなければならない。

したがって、好ましい一実施形態では、変速機入力速度の第１の値を下回るエンジン速度ｎ１で内燃機関１２を運転することによって獲得される効率の利得が、スリップクラッチ１６における摩擦損失により生じる効率の損失よりも大きい場合にのみ、本方法が実施されることが意図される。

クラッチ１６がスリップするときに生じる出力散逸は、この様な関連の運転状態では比較的低く、湿式クラッチでは、オイル冷却システムによって容易に放出することができる。図３の例では、放出される出力散逸は、５．３ｋＷ−４．５ｋＷ＝０．８ｋＷである。

関連の運転状態は、必要な駆動出力が予め定められた閾値よりも小さいという事実によって特徴づけられる。したがって、好ましい一実施形態では、運転者の要求ＦＷに決定的に関係する必要な駆動出力が予め定められた閾値よりも小さい場合にのみ、本方法が実施されることが意図される。

この代わりに又はこれに追加して、スリップクラッチ１６に生じる摩擦が予め規定された閾値よりも小さい場合にのみ、本方法が実施されることが意図される。さらに好ましい実施形態では、変速機出力速度が予め規定された閾値よりも低く、かつ運転者によるトルク要求が予め規定された閾値よりも小さい場合にのみ、本方法が実施されることが意図される。

自動変速機１４は、自動化された変速機、ダブルクラッチ変速機又は遊星歯車の組を有する全自動変速機であることができ、この場合、本発明はこれらの種類の変速機に限定されず、別個の変速段及び自動制御される少なくとも１つのクラッチを有する任意の自動変速機に使用することができる。

上述の変速機の各々では、自動制御される少なくとも１つのクラッチがトルク伝達に関係し、確実な出力伝達がクラッチが閉じているときに行われ、スリップクラッチにより駆動構成要素と被駆動構成要素との回転速度の差が許容される。

自動化された変速機では、内燃機関と自動化された変速機との間の力流は、クラッチで制御される。この関連で、変速比の選択及びクラッチの作動の両方は、始動及び停止時にかつ変速比が変更されるときに自動的に行われる。

ダブルクラッチ変速機は、変速機入力における部分変速機特定クラッチを介して内燃機関にそれぞれ連結でき、かつ変速機出力における出力シャフトに共同作用する２つの部分変速機から構成される。概して、偶数のギヤ速度（変速段）は、部分変速機の一方によって提供され、他方、奇数のギヤ速度は他方の部分変速機によって提供される。

全自動変速機では、制動ベルト及び／又は多板（マルチディスク）クラッチの形態のクラッチは、サンギヤ、遊星歯車キャリア又はクラウンギヤを解放及び／又はロックするために使用され、異なる変速段が得られる。さらに、多くの全自動変速機は、始動要素としての及び／又は流体トルクコンバータを迂回するための制御可能なクラッチを有する。

１０ ドライブトレイン
１２ 内燃機関
１４ 自動変速機
１６ クラッチ
３０ 制御ユニット
ｎ＿ｍｉｎ 最小回転速度
ｎ１ 内燃機関の回転速度

Claims (10)

1. 内燃機関（１２）と、少なくとも２つの別個の変速段を有する自動変速機（１４）と、自動制御されるクラッチ（１６）とを有する自動車のドライブトレイン（１０）を制御するための方法において、
   ｎ番目の変速段の前記変速機入力速度が前記内燃機関（１２）の最小回転速度（ｎ＿ｍｉｎ）の上方にあり、かつｎ＋１番目の変速段の前記変速機入力速度が前記最小回転速度（ｎ＿ｍｉｎ）の下方にあるであろう変速機出力速度があるとき、前記ドライブトレイン（１０）が、前記（ｎ＋１）番目の変速段で、スリップするクラッチ（１６）によりかつ前記最小回転速度（ｎ＿ｍｉｎ）の上方の前記内燃機関（１２）の回転速度（ｎ１）で操作されることを特徴とする方法。
2. 前記内燃機関（１２）が、前記ｎ番目の変速段でかつ請求項１に記載の変速機出力速度と同一の変速機出力速度で獲得されるであろう前記変速機入力速度の第１の値を下回る回転速度で操作されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記変速機入力速度の第１の値を下回るエンジン速度で前記内燃機関（１２）を運転することによって獲得される効率の利得が、前記スリップするクラッチ（１６）における摩擦損失により生じる効率の損失よりも大きい場合、前記方法が実施されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 必要な駆動出力が予め定められた閾値よりも小さい場合に実施されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記スリップするクラッチ（１６）に生じる摩擦が予め規定された閾値よりも小さい場合にのみ実施されることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記変速機出力速度が予め規定された閾値よりも低く、かつ運転者によるトルク要求が予め規定された閾値よりも小さい場合に実施されることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記変速機オイルの温度の測定値に応じて実施されることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記変速機オイルの温度が閾値の下方にある場合にのみ実施されることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
9. 内燃機関（１２）と、少なくとも２つの別個の変速段を有する自動変速機（１４）と、自動制御されるクラッチ（１６）とを有する自動車のドライブトレイン（１０）を制御するための制御ユニット（３０）において、
   ｎ番目の変速段の前記変速機入力速度が前記内燃機関（１２）の最小回転速度（ｎ＿ｍｉｎ）の上方にあり、かつｎ＋１番目の変速段の前記変速機入力速度が前記最小回転速度（ｎ＿ｍｉｎ）の下方にあるであろう変速機出力速度があるとき、スリップするクラッチ（１６）によりかつ前記最小回転速度（ｎ＿ｍｉｎ）の上方の前記内燃機関（１２）の回転速度で、前記ｎ＋１番目の変速段で前記ドライブトレイン（１０）を操作するように構成されることを特徴とする制御ユニット（３０）。
10. 請求項２乃至８のいずれか１項に記載の方法を実施するように構成されることを特徴とする、請求項９に記載の制御ユニット（３０）。

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