JP6158300B2 - ギアボックスシャフトのギアを同期させる方法 - Google Patents

Description

本発明はギアボックス内のギアシフト制御の分野に関する。

より詳細には、動力源に連結された少なくとも１つの一次シャフト、一次シャフトにより駆動されて動的トルクを、ホイールに幾つかの伝動比で伝動する二次シャフト、及び、機械的同期手段なしに伝動比を係合させるために、ギアをギアのシャフトに結合する少なくとも１つの手段を含む、平行軸式車両用ギアボックスのギアを同期させる方法に関する。

本発明は、ホイールに連結されたシャフト上で回転が自由である、２つの伝動比ギアの間で結合手段を動かすことによって、トルク伝動の制動を伴うギアシフトが実施される、任意の平行軸式トランスミッションに応用される。

本発明は、内燃機関と電動機械とを備える自動車両のためのハイブリッドトランスミッションに、非限定的な応用を見出す。このトランスミッションは、ホイールに連結される二次シャフトに伝動する、少なくとも１つのギアを各々が保持する２つの同軸一次シャフトと、２つの一次シャフトを結合する第１の結合手段とを含み、この結合手段は、内燃機関が、電気機械をホイールに連結しているドライブラインから結合解除される位置、電気機械からのトップアップを伴い又は伴わずにホイールを駆動する位置、又は、これらのトルクが合算されるように電気機械に結合される位置、の３つの位置を占め得る。

図１はこの設計方針を使用したハイブリッドトランスミッションの非限定的な例を示す。このトランスミッションは、中実の一次シャフト１（ダンピングハブなど）を含み、これは内燃機関（図示せず）の慣性フライホイール３に、フィルタリングシステム（ダンパ、ダブルフライホイールなど）２により直接連結される。中実シャフト１はアイドルギア４を有し、アイドルギア４は第１の結合システム５（ドッグクラッチ、シンクロメッシュ、又は他のタイプの漸進的（ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ）又は非漸進的結合）によって中実シャフト１に連結され得る。中空の一次シャフト６は電気機械７のロータに連結される。中空シャフト６は２つの固定ギア８、９を保持する。これは中実一次シャフト１に結合システム５によって連結され得る。二次シャフト１０は２つのアイドルギア１１及び１２を保持する。アイドルギア１１、１２は第２の結合システム１３（ドッグクラッチ、シンクロメッシュ、又は他のタイプの漸進的又は非漸進的結合）によって一次シャフトに連結され得る。二次シャフト１０はまた、固定ギア１４及びホイールに連結されたディファレンシャル１６に伝動するギア１５を保持する。

上述のように、第１の結合手段５は少なくとも以下の３つの位置を占め得る。
内燃機関が、電気機械７をホイールに連結しているドライブラインから結合解除される（図１、２、及び３のようにスライディングギアは中央へ）位置。
内燃機関が電気機械からのトップアップを伴い又は伴わずにホイールを駆動する（スライディングギアは左へ）位置。
内燃機関と電気機械７とが共に結合され、ホイールに伝達されたこれらの各トルクが組み合わされる（スライディングギアは右へ）位置。

電気モードで（図２及び３を参照）、電気機械は中空一次シャフト６を駆動し、一方中実シャフトは内燃機関からトルクを受けない（位置１）。ボックスは、「タウン」及び「ハイウェイ」と称する２つの電気伝動比を有し、ここでトルクは二次シャフト１０から固定ギア８又は９を介して伝動される。これら２つの伝動比の一方から他方へとシフトするために、ボックスは第２の結合システム１３を有する。同期リングが存在しない場合、スライディングギアをギアと結合するのにドッグクラッチを使用するシステムは、トルクジャークを避けるために、電気機械による一次速度の精密な制御を要する。

仏国特許出願公開第２９３３２４７号は、電気機械のシャフトを電気自動車又はハイブリッド車のホイールシャフトと結合するための方法を開示する。記載された方法には次のステップが含まれる。
電気機械はホイールシャフトの速度に対応する速度設定ポイントを与えられ、これは電気機械のシャフトとホイールシャフトとの間のステップダウン比に関係しない。
電気機械のシャフト速度が較正可能閾値に到達すると、これに零トルクが印加され、電気機械のシャフト速度がホイールに連結されたシャフトの速度に等しくなるように、機械的同期装置が駆動される。
電気機械のシャフト速度がホイールに連結されたシャフトの速度に等しくなる（ステップダウン比に関係なく）と直ちに、ドッグクラッチ係合が実施される。

この方法では、電気機械はまず、ホイールに連結されたシャフトの速度と等しくはないが、それに近い速度に至るよう動作され、次いで同期装置が２つのシャフト速度を完全に等しくし、次いで最後に変速機のドッグクラッチ係合が実施される。

本発明は、この機械的同期装置を不要とすることを目的とする。

この目的のため、ステップダウン比に関係なく、電気機械のシャフト速度がホイールに連結されたシャフトの速度と完全に等しくなるまで、電気機械の動作を維持することを提案する。

このため本発明は、動力源が基準トルク制御信号Ｔ_１ ^ｒｅｆを生み出すような方式で動作されることを企図し、基準トルクは、適切なギアがシャフトに結合される際、一次速度ω_１と、減速比（Ｋ）で乗算した二次速度ω_２との間の差異ω_２Ｋ−ω_１を最小化するための最小伝動可能トルクに等しい。

好ましくは、基準トルク制御信号Ｔ_１ ^ｒｅｆは、一次及び二次速度の差異ω_２Ｋ−ω_１に補正項をフィードバックすることによって制御される。

本発明は、下記の添付図面を参照しつつ後述の非限定的実施形態の記載を読むことにより、さらに理解されるであろう。

ニュートラルにあるハイブリッドトランスミッションのドライブラインを示す。 電動ギア比にあるハイブリッドトランスミッションのドライブラインを示す。 電動ギア比にあるハイブリッドトランスミッションのドライブラインを示す。 提案される動作を示す。

図２では第１の結合システム５がオープンである一方、第２の結合システム１３がクローズされており、ショート伝動比のアイドルギア１２が二次シャフト１０に連結されている。ショート伝動比又は第１の前進ギア伝動比では、トランスミッションは電気モードである。電気機械により中空一次シャフト６に供給されるトルクは、第１の固定ギア８を介してアイドルギア１２へと伝動される。結合システム１３は、ギア１２とシャフト１０とを回転可能に連結する。トルクは二次ラインからディファレンシャル１６へとギア１５を介して伝動される。

図３では、第１の結合システム５は引き続きオープン（位置１）である一方、第２の結合システム１３はクローズされ、ミドル伝動比のアイドルギア１１が二次シャフト１０に連結される。ミドル伝動比又は第２の前進ギア伝動比では、トランスミッションは電気モードである。電気機械７により中空一次シャフト６に供給されるトルクは、第２の固定ギア９を介してアイドルギア１１へと伝動される。結合システム１３は、ギア１１とシャフト１０とを回転可能に連結する。図２のように、トルクは二次ラインからディファレンシャル１６へとギア１５を介して伝動される

上述のように、このボックスが直面するのは、結合手段５が同期リングに提供されない場合に、２つのシャフトのギアをドッグクラッチすることによる結合段階の開始よりも前に、２つのシャフト６及び１０の速度を同期するという問題である。したがって課題は、動力源に連結された少なくとも１つの一次シャフトと、一次シャフトにより駆動される二次シャフトとを含む平行軸式車両用ギアボックスのギアを、機械的同期部材なしに、伝動比を係合させるために同期させることである。この同期は運転者にとって完全に認識可能であり、継続的に満たされるトルク要求を伴って行われる必要がある。特に２つ電気伝動比の間でシフトする場合にこの問題が生じ、このようなシフトはギア８及び９の二次シャフト１０を伴うドッグクラッチを介したトルク制動を伴って行われる。

図１から３に示すギアボックスで、ω_１は動力源に連結されたシャフト、すなわち電気機械７に連結された中空一次シャフトの速度であり、ω_２はホイールに連結されたシャフトすなわち二次シャフト１０の速度である。

初期状態で、この２つのシャフトが完全に結合解除されていると仮定し、力学の基本法則を当てはめ、下記の動的モデルが得られる。
一次シャフトに対し、

及び、
二次シャフトに対し、

これら方程式は動力学の基本方程式であり、ここでＪ_１は一次シャフトに対する慣性であり、Ｊ_２は二次シャフトに対する慣性であり、かつ、Ｔｄ_１及びＴｄ_２はこれらシャフトにおける抵抗トルクであって未知の外因性入力である。

図４の計算は、速度ω_２及びω_１が同期することを可能にする制御信号を生み出すことを目的とし、すなわち条件ω_２ ^ｍｅｓ Ｋ ＝ ω_１ ^ｍｅｓが造り出され、ここでＫは動力源と二次シャフトとの間の減速比であり、これによりスライディングギアとギアとの間の完全結合の条件が満たされ得る。

この計算の結果は、電気機械７のための基準トルク制御信号「Ｔ_１ ^ｒｅｆ」であり、これにより、ステップダウン比Ｋに関係なく、一次シャフト６の速度ω_１が二次シャフト１０の速度ω_２と同期されることが可能となる。

したがって本発明によれば、動力源は基準トルク制御信号Ｔ_１ ^ｒｅｆを生み出すような方式で動作され、適切なギアがそのシャフトに結合される際、このトルクは一次速度ω_１と、減速比Ｋで乗算した二次速度ω_２との間の差異ω_２Ｋ−ω_１を最小化するための最小伝動可能トルクに等しい。

基準信号「Ｔ_１ ^ｒｅｆ」を生み出すために、まず二次シャフト１０で測定された速度ω_２ ^ｍｅｓを、動力源と二次シャフト１０との間の減速比である第１のゲインＫで乗算する必要があり、これを一次シャフト６の測定速度ω_１ ^ｍｅｓと比較することができる。２つの速度の差異ω_２Ｋ−ω_１を２度積分しゲインＫｉで乗算すると、「積分動作Ｔ_１ ^ｉｎｔ」を得る。得られたω_２ ^ｍｅｓ．Ｋ_ｗは予想値「Ｔ_１ ^ａｎｔｉ」をもたらす。一次速度ω_１ ^ｍｅｓは第３のゲインＫ_ｓで乗算され、状態フィードバック「Ｔ_１ ^ｒｅｔ」をもたらす。積分動作により生成された信号「Ｔ_１ ^ｉｎｔ」、予想値「Ｔ_１ ^ａｎｔｉ」、及び状態フィードバック「Ｔ_１ ^ｒｅｔ」が加算される。この装置のオリジナルな特徴は、「Ｋ_ｒＴ_１ ^ｉｎｔ」の速度比較項へのフィードバックにある。したがって基準トルク制御信号（Ｔ_１ ^ｒｅｆ）は、一次及び二次速度の間の差異（ω_２Ｋ−ω_１）へ補正項をフィードバックすることにより制御される。速度の差異ω_２Ｋ−ω_１を補正する補正項はＴ_１ ^ｉｎｔに比例する。このフィードバックループは、速度が同期される場合すなわちω_２ ^ｍｅｓＫ＝ω_１ ^ｍｅｓの場合には、二次速度が変動する場合すなわち

の場合であっても、トルクＴ_１ ^ｒｅｆは同期を達成するために伝動され得る最小であることを保証する。

図４の計算結果である、電気機械のためのトルク制御信号「Ｔ_１ ^ｒｅｆ」は、加算Ｋ_ｗ．Ｋ．ω_２−Ｋ_ｓ．ω_１＋Ｔ_１ ^ｉｎｔに基づく。ここでＫ_ｗ及びＫ_ｓは定数である。これは加算Ｋ_ｗ．Ｋ．ω_２−Ｋ_ｓ．ω_１＋Ｔ_１ ^ｉｎｔによって与えられる。ここでＴ_１ ^ｉｎｔは一次速度ω_１の積分項である。抵抗トルクＴ_ｄ１及びＴ_ｄ２を考慮すると

とすることができ、図４により

が得られる。

定数Ｋ_ｗ及びＫ_ｓは、基準トルク信号Ｔ_１ ^ｒｅｆの安定性を確実にするような方式で固定される。ゲインＫ_ｒ、Ｋ_ｓ、Ｋ_ｗ、及びＫ_ｉを計算するために、制御信号に要求される全体的な安定性条件及び仕様規格から要求される条件、すなわちレスポンス時間（速度ω_１がＫω_２の９５％に達するのに要する時間）及びオーバーシュート（値Ｋω_２の余剰の最大値）が設定される必要がある。

結論として、本発明により具現化される方策は、同期に続く結合段階中の、結合手段におけるトルクを最小化することを可能にする。速度の差異は非常に速やかに減少し、毎分３０回転程度の値に達し、これにより結合が円滑に実施される。したがって方法は２つのシャフトの結合という次の段階を、ユーザにとってできる限り、トルクの続行に関わらずすなわち可能な限り円滑に、認識可能にする。これは特に勾配のある道での制御を可能にし、好ましくない急な制動に対応する。最後に、トルクの不意な上昇がもはやないため、結合システムにおける機械部品の摩耗が限定される。

Claims (5)

1. 平行軸式車両用ギアボックスにおけるギアを同期させる方法であって、
   前記ギアボックスは、
   動力源に連結された少なくとも１つの一次シャフトと、
   前記一次シャフトにより駆動されて、動的トルクを幾つかの伝動比でホイールに伝動する二次シャフトと、
   機械的な同期部材なしに伝動比を係合させるために、ギアをギアのシャフトに結合する少なくとも１つの手段とを含み、
   前記動力源は、関連するギアがギアのシャフトに結合される際、一次速度ω _１ と、減速比Ｋで乗算された二次速度ω _２ との間の差異ω _２ Ｋ−ω _１ を最小化する最小伝動可能トルクに等しい基準トルクを生成する基準トルク制御信号Ｔ _１ ^ｒｅｆ を生み出すように動作され、前記基準トルク制御信号は総計Ｋ _ｗ ．Ｋ．ω _２ −Ｋ _ｓ ．ω _１ ＋Ｔ _１ ^ｉｎｔ により与えられることを特徴とし、前記総計で、Ｔ _１ ^ｉｎｔ は前記一次速度ω _１ の積分項である、方法。
2. 前記一次速度と前記二次速度との間の前記差異ω _２ Ｋ−ω _１ に補正項をフィードバックすることにより、前記基準トルク制御信号Ｔ _１ ^ｒｅｆ が制御されることを特徴とする、請求項１に記載の同期させる方法。
3. 前記基準トルク制御信号は、前記総計Ｋ _ｗ ．Ｋ．ω _２ −Ｋ _ｓ ．ω _１ ＋Ｔ _１ ^ｉｎｔ に基づき、Ｋ _ｗ 及びＫ _ｓ は定数であることを特徴とする、請求項２に記載の同期させる方法。
4. 前記定数Ｋ _ｗ 及びＫ _ｓ は、前記基準トルク制御信号Ｔ _１ ^ｒｅｆ の安定性を確実にするように固定されることを特徴とする、請求項３に記載の同期させる方法。
5. 前記差異ω _２ Ｋ−ω _１ を補正するための前記補正項は、Ｔ _１ ^ｉｎｔ に比例することを特徴とする、請求項２から４のいずれか一項に記載の同期させる方法。

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