JP6676770B2 - 摺動歯車のクラッチ切断を制御する方法 - Google Patents

Description

本発明は、ギアシフトに際し燃焼エンジンとギアボックス間のトルクを遮断することなしに、車両の少なくとも２つの動力源（熱および電気）と車両の駆動輪との様々な速度伝達比を可能にする、組込機械的同期システムまたは入力クラッチを有さないドグギアボックスを備えるハイブリッド伝動機構に関する。

より具体的には、本発明は、車両用ドグギアボックスの摺動歯車のクラッチ切断を制御する方法に関し、その摺動歯車は上記ギアボックスのシャフトと共に回転するように拘束されており、そのシャフト上で、摺動歯車は、電動シフトアクチュエータの制御の下に、中立クラッチ切断位置と、ハイブリッド歯車への少なくとも１つの係合位置との間で軸方向に移動することができ、その係合位置では、摺動歯車は、少なくとも２つの個別の動力源から受け取ったトルクを車両の車輪に、累積的または別様に、伝達するためのシャフトに強固に連結されたピニオンと係合する。

また、本発明は、連結切断クラッチを有さない１次ライン上で燃焼エンジンおよび少なくとも１つの電気機械に連結され、それら燃焼エンジンおよび電気機械からのトルクを少なくとも１つのハイブリッド歯車を経て同時にまたは別様に車両の車輪に伝達することができる多段ギアボックスを備えるハイブリッド伝動機構に関し、そのハイブリッド歯車は、ピニオン歯車への摺動ドグ歯車の係合およびクラッチ切断それぞれによって、係合および係合解除が行われる。

ハイブリッド伝動機構が、組込同期システムの無い摺動ドグ歯車を有するギアボックスを備え、ギアシフトの際に燃焼エンジンと車輪との間のトルクの伝達を遮断する入力クラッチが無い場合、摺動歯車のドグが燃焼エンジンのシャフト上のピニオンのドグと係合される前の、該ピニオンの同期は、通常、電気原動機および／または燃焼エンジンを制御することによって行われる。

係合歯車比を確実に保持するために、図１および２に示されるように、「ドグ」として知られている特別な台形形状歯を使用することができる。図１では、摺動歯車は、中立状態にあり、２つのピニオン（図示せず）から等距離ｇにある。摺動歯車１のドグ１ａおよびピニオン（図示せず）のドグ２ａは、台形形状に切削され、その結果、係合歯車比でのトルクの伝達によって、係合歯車比位置におけるそれらドグの相互噛合が保持されまたは強化される。これが、「係合解除防止」機能である。ドグの傾斜が、駆動シャフトのトルクによってドグに加えられる牽引力Ｆ_Ｔに対して傾斜している反力Ｆ_Ｒを発生させる。反力Ｆ_Ｒは、摺動歯車のドグから押し出そうとするあらゆる力Ｆ_Ｓに対抗する。

これら状況下で、摺動歯車の係合解除を可能にするために、シャフトによって伝達されるトルクを除去する必要がある。ギアボックスが入力クラッチ（または連結切断クラッチ）を有する場合、この問題は、作動中にクラッチを開くことによって簡単に解決される。連結切断クラッチが無い場合、係合解除防止機能によって発生する摩擦力に打ち勝つのに十分な力を持つ係合解除アクチュエータが必要になる。

たとえば燃焼エンジンおよび１つまたは２つの電気機械など、伝動機構の駆動動力源の全てが、ハイブリッド歯車上に残留トルクを発生し得る。これら駆動動力源は、クラッチ切断に際し、シャフト上の残留トルクを消滅させることを試みるように制御される。摺動歯車を確実に係合解除するための理想的な解決策は、３つの原動機への要求トルクを消滅させることである。電気原動機は良好な応答時間を発揮する。電気原動機のトルクは、１００ｍｓ未満で消滅させることができる。対照的に、燃焼エンジンは、ある作動点、特に低速度では、５００ｍｓを超える応答時間を有し得る。摺動歯車上のトルクを消滅させるのには、１秒以上を要し得る。この時間は、トルク消滅時間がギアシフト時間の一構成部分であるがゆえに、運転の快適さの点で許容できない。

燃焼エンジンからのトルクを即時に消滅させる第１の手法は、車両の通信ネットワーク上のエンジンプロセッサによって発信される上記トルクの推定値を使用し、このトルクをこのトルクの過渡消滅フェーズ中に吸収することを含む。この方法の成功は、この過渡トルクを吸収する能力を他の原動機（電気機械）が有することに依存している。最良ケースのシナリオでは、上記原動機が、燃焼エンジンによって供給されるトルクを正確に吸収する必要がある。実際には、摺動歯車のトルクは減じられるが、燃焼エンジンのトルクの推定値が、他の原動機によって燃焼エンジンのトルクを相殺して、全ての場合においてクラッチ切断を可能にするほどには十分に正確ではない。

図３は、電気機械によって熱的トルクを相殺することによるクラッチ切断シーケンスの失敗を示す。この失敗は、燃焼エンジンの推定トルクＣｅの静的エラーに起因する。トルク送出停止の推定値が０Ｎｍの場合、エンジンの実際のトルクＣ_Ｒはマイナスである。電気機械の設定点トルクＣ_Ｃは零である。時点ｄで電気機械に零トルクが要求された場合、係合解除防止装置によってクラッチ切断が失敗する。実際に、摺動歯車での実トルクＣ_Ｒは、クラッチ切断閾値Ｓより上（絶対値で）に残っている。

また、シフトアクチュエータの作動時間も、これらアクチュエータがオーバーヒートするまでにあまり長く負荷を掛けることができないので、本動作の成功の可能性を制約する。アクチュエータが切断された時、摺動歯車のドグ上の残留力が未だ高ければ、クラッチ切断は失敗する。アクチュエータがセレクタフォークを用いて摺動歯車に作用する一般的なケースでは、セレクタフォークが歯車比を係合解除するほど十分には動き得ていない可能性がある。

燃焼エンジンのトルク動特性の不正確な推定もまた、それ自体、失敗の原因になり得る。図４に示される一般的なケースは、推定トルクＣ_ｅはその零目標値に急速に収束するが、原動機によって供給される実トルクＣ_Ｒは、より緩やかに低下し、通常消滅するのに１秒以上要する。電気機械の設定点トルクＣ_Ｃは余りにも速く消滅する。燃焼エンジンの実トルクＣ_Ｒが未だ高過ぎるので、クラッチ切断を図るのは時期尚早である。図４において、実トルクＣ_Ｒがクラッチ切断閾値Ｓの外側にある時間（ｄ１からｄ２まで）が長過ぎる場合、その時間がアクチュエータの最大作動時間Ｔ_ｍａｘより長くなるので、クラッチ切断要求を満足させることが不可能になる。

本発明の目的は、燃焼エンジンのトルク推定の不正確さの影響を受けにくい、摺動歯車上の残留トルクの正確な推定に基づく新規な方法を使用して摺動歯車のクラッチ切断を確実にすることである。

提案される方法は、以下のステップを含む。すなわち、
車両の全ての動力源に零トルク要求を適用するステップと、
摺動歯車へクラッチ切断命令を適用するステップと、
迅速なクラッチ切断が行われない場合、摺動歯車のドグ上の抵抗トルクを推定するステップと、
計算された抵抗トルクおよびドグの係合不解除角度の関数として、ドグ上の残留トルクを計算するステップと、
摺動歯車に逆のトルクを加えることによって、残留トルクを相殺するステップと、
クラッチを切断するステップと
である。

本方法は、特に、ギアシフト作動モジュールの熱的拘束に対して特に安全であり、適合する。

本発明が、添付図面を参照して示される非限定的実施形態の以下の記述においてさらに説明される。

２つ位置間の中立状態の摺動歯車の略図である。 係合解除中に存在する力の図である。 組込同期システムまたは入力クラッチの無いハイブリッド伝動機構における、クラッチ切断が不可能な２つのケースの図である。 組込同期システムまたは入力クラッチの無いハイブリッド伝動機構における、クラッチ切断が不可能な２つのケースの図である。 ドグ上の抵抗トルクの監視装置の図である。 残留トルクの関数としての抵抗トルクの図である。 実行方策の構成図である。

本方法の第１の部分は、ドグ上の残留トルクＣ_ｒｅｓを推定することを含む。推定自体は、実際には、ドグ上の抵抗トルクＣ_ｒに関する。抵抗力Ｃ_ｒは、図５のような監視装置によって、下記のデータを使用して推定することができる。すなわち、
＊ Ｘ_ｆ：摺動歯車の選択フォーク（図示せず）の位置の測定値、
＊ Ｆ_{ｒｅｓｓｏｒｔ}：補助スプリングによって加えられる力、
＊ Ｋ_{ｒｅｓｓｏｒｔ}：補助スプリングのトルク係数、および、
＊ Ｉ_ｆ：フォークの慣性
である。

慣性Ｉ_ｆは、選択フォークなど、摺動歯車の制御部材の位置と、制御部材の作動フィンガの位置との差の関数である。補助スプリングによって加えられる力は、フォークの位置のみに依存する。フォークの動きを支配する方程式は下記の通りである。

これが、フォークの慣性のゲインを計算することを可能にし、そのゲインが、スプリングの力と比較されて、抵抗力が得られる。抵抗トルクＣ_ｒは、フォークの加速度の関数として計算されるフォークの慣性Ｉ_ｆのゲインからスプリングの力Ｆ_{ｒｅｓｓｏｒｔ}を差し引くことによって得られる。これが、ドグ上の抵抗トルクの推定値を与える。残留トルクはまた、ドグの係合不解除角度に依存する。所与の係合不解除角度αに対して、ドグ上の抵抗トルクは、図６に示すように残留トルクＣ_ｒｅｓの関数として図式化することができ、係合不解除角度αに応じて、２つの直線が、同じ抵抗トルクＣ_ｒをドグでの２つの逆の残留トルク値Ｃ_ｒｅｓに変換する。それらの値の１つを摺動歯車のドグに適用すると、残留トルクＣ_ｒｅｓを相殺し、他方は残留トルクを倍増する。

採用される解決策は、計算された２つの残留トルク値Ｃ_ｒｅｓ間でランダムに選択されたトルクを適用することを電気原動機に要求することである。適用された値が実際に燃焼エンジンのトルクを相殺する場合、フォークが、中立（ニュートラル）位置の方へ移動し、クラッチ切断が実行される。フォークが、中立位置から離れていくことが認められた場合、電気機械のトルクが残留トルクを増加させている。その場合第２の値を適用することができ、必然的に残留トルクを相殺する。クラッチ切断が実行される。

本方策が図７に要約されている（燃焼エンジンと単一の電気機械とを備える伝動機構の非限定的例において）。より一般的に、本発明は、あらゆる車両用ドグギアボックスの摺動歯車のクラッチ切断を制御することに適合し、その摺動歯車は上記ギアボックスのシャフトと共に回転するように拘束されており、そのシャフト上で、摺動歯車は、電動シフトアクチュエータの制御の下に、中立クラッチ切断位置と、ハイブリッド歯車への少なくとも１つの係合位置との間で軸方向に移動することができ、その係合位置では、摺動歯車は、少なくとも２つの個別の動力源から受け取ったトルクを車両の車輪に、累積的または別様に、伝達するためのシャフトに強固に連結されたピニオンと係合する。

ギアボックスが、摺動歯車のクラッチ切断を含むギアシフトを行うように指令を受けると、ゼロトルク要求が、燃焼エンジン（Ｍｔｈ）および電気機械（ＭＥ）に適用される。燃焼エンジンおよび電気機械のトルク値が、クラッチ切断を十分に可能にする低さになったと判断されると、クラッチ切断命令が、該当するシフトアクチュエータに送られる。５０ｍｓなど、所与の時間内にクラッチ切断が起こらなければ、ドグ上に未だ過剰な残留トルクがあると見なされる。その場合、抵抗トルクＣ_ｒが推定され、その抵抗トルクＣｒを残留トルクＣ_ｒｅｓに対する相殺トルク値Ｃ１およびＣ２を計算するために使用することができる。第１の値を、フォーク位置の状態変化を確認しながら、たとえば５０ｍｓ間適用する。摺動歯車の選択フォークの移動方向を、第１の相殺トルク値Ｃ１の適用中、監視する。第１の値Ｃ１の適用に追従してフォークが中立位置から離れていく場合、第１の値と同じ時間第２の値Ｃ２を適用して、クラッチ切断を確保する。２つの逆の相殺トルク値Ｃ１、Ｃ２を、摺動歯車に、もし上記値の１つが失敗すれば順次に、適用する。上述の時間と併せて、クラッチ切断は、全てのケースにおいて１５０ｍｓ未満で達成される。

要約すると、本方法は、少なくとも以下のステップを含む。すなわち、
車両の全ての動力源に零トルク要求を適用するステップと、
摺動歯車へクラッチ切断命令を適用するステップと、
迅速なクラッチ切断か行われない場合（ｔ＞５０ｍｓ）、摺動歯車のドグ上の抵抗トルクＣ_ｒを推定するステップと、
計算された抵抗トルクおよびドグの係合不解除角度の関数として、ドグ上の残留トルクＣ_ｒｅｓを計算するステップと、
摺動歯車に逆のトルクＣ１、Ｃ２を加えることによって、残留トルクＣ_ｒｅｓを相殺するステップと、
クラッチを切断するステップと
である。

本発明の主要な利点は、既存のギアシフト作動モジュールにいかなる追加も必要としないことである。本発明はまた、作動モジュールの作動モータの大きさを変更することを必要としない。

ギアシフトに約１ｓ掛かるとして、本発明を実行することによって生じる、たとえば５０ｍｓ〜１５０ｍｓのクラッチ切断時間の増加は、運転の快適さの点で許容限界内に留まる。

上記の説明では、抵抗トルクを推定する１つの好ましい方法を述べた。他方において、利用可能なフォーク位置測定法の特性に応じて、本発明の範囲から逸脱することなく、測定ノイズに対して同等に強靭な別の監視技法を用いることができる。

変形形態として、抵抗トルクを予め推定することをせずに、電気機械によってトルクスキャンを行うことができる。ただし、この変形形態は、２つのトルク値間での選択を行う代わりに、広範囲にわたる値から選択が行われ、したがってスキャンが完了するのに著しい時間が掛かるので、クラッチ切断時間を著しく増加させる。それでもなお、この方法は、アクチュエータのいずれの構成要素も大きさ変更をせずに、全てのケースにおいて確実にクラッチ切断を行うことを可能にする。

上記に示されたように、提案された本方法は、連結切断クラッチを有さない１次ライン上で燃焼エンジンおよび少なくとも１つの電気機械に連結され、それら燃焼エンジンおよび電気機械からのトルクを少なくとも１つのハイブリッド歯車を経て同時に車両の車輪に伝達することができる多段ギアボックスを備えるあらゆるハイブリッド伝動機構に有利に適用され、そのハイブリッド歯車は、ピニオン歯車への摺動ドグ歯車の係合およびクラッチ切断それぞれによって、係合および係合解除が行われる。そのような伝動機構では、摺動歯車のクラッチ切断は、本方法を適用することによって制御することができる。本方法は、当該摺動歯車が組込同期システムを有しない場合、および摺動歯車のドグが零でない係合不解除角度を有する場合に特に有効である。

Claims (10)

1. ドグ（１ａ）を有する、車両用ギアボックスの摺動歯車（１）のクラッチ切断を制御する方法であって、前記摺動歯車（１）が、前記ギアボックスのシャフトと共に回転するように拘束され、前記シャフト上で、前記摺動歯車（１）が、中立クラッチ切断位置とハイブリッド歯車への少なくとも１つの係合位置との間を電動シフトアクチュエータの制御下で軸方向に移動することができ、前記係合位置では、摺動歯車（１）が、少なくとも２つの個別の動力源から受け取ったトルクを、累積的にまたは別様に、前記車両の車輪へ伝達するためのシャフトに強固に連結されたピニオンに係合する、方法において、
   前記車両の全ての前記動力源に零トルク要求を適用するステップと、
   前記摺動歯車へクラッチ切断命令を適用するステップと、
   迅速なクラッチ切断が行われない場合、前記摺動歯車の前記ドグ（１ａ）上の抵抗トルク（Ｃ_ｒ）を推定するステップと、
   計算された前記抵抗トルクおよび前記ドグの係合不解除角度の関数として、前記ドグ上の残留トルク（Ｃ_ｒｅｓ）を計算するステップと、
   前記摺動歯車に逆の相殺トルク（Ｃ１、Ｃ２）を加えることによって、前記残留トルク（Ｃ_ｒｅｓ）を相殺するステップと、
   クラッチを切断するステップと
   を含むことを特徴とする、制御方法。
2. 前記残留トルク（Ｃ_ｒｅｓ）に対して２つの逆の相殺トルク（Ｃ１、Ｃ２）を、計算し、前記摺動歯車に、前記相殺トルクの１つが失敗すれば順次に、適用することを特徴とする、請求項１に記載の制御方法。
3. 前記摺動歯車（１）の選択フォークの移動方向を、第１の相殺トルク（Ｃ１）の適用中、監視することを特徴とする、請求項２に記載の制御方法。
4. 前記フォークが、前記第１の相殺トルク（Ｃ１）の適用の後に前記フォークの中立位置から離れていく場合、第２の相殺トルク（Ｃ２）を前記摺動歯車に適用することを特徴とする、請求項３に記載の制御方法。
5. 前記摺動歯車の選択フォークの位置の測定値（Ｘ_ｆ）と、
   補助スプリングによって加えられる力と、
   前記補助スプリングのトルク係数（Ｋ_{ｒｅｓｓｏｒｔ}）と、
   前記フォークの慣性（Ｉ_ｆ）と
   の関数として前記摺動歯車上の前記抵抗トルク（Ｃ_ｒ）を推定することを特徴とする、請求項３または４に記載の制御方法。
6. 前記抵抗トルク（Ｃ_ｒ）が、前記フォークの加速度の関数としての前記フォークの慣性（Ｉｆ）のゲインから前記スプリングの力（Ｆ_{ｒｅｓｓｏｒｔ}）を差し引くことによって得られることを特徴とする、請求項５に記載の制御方法。
7. 前記動力源に、少なくとも１つの燃焼エンジンおよび１つの電気機械が含まれることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の制御方法。
8. 前記残留トルク（Ｃ_ｒｅｓ）が、前記燃焼エンジンによって前記摺動歯車に加えられ、前記残留トルクに対する前記相殺トルク（Ｃ１、Ｃ２）が、前記電気機械によって加えられることを特徴とする、請求項７に記載の制御方法。
9. 連結切断クラッチを有さない１次ライン上で燃焼エンジンおよび少なくとも１つの電気機械に連結された多段ギアボックスを備えるハイブリッド伝動機構であって、前記多段ギアボックスが、前記燃焼エンジンおよび前記電気機械からのトルクを少なくとも１つのハイブリッド歯車を経て車両の車輪へ同時に伝達することができ、前記ハイブリッド歯車が、ピニオン歯車への摺動ドグ歯車の係合およびクラッチ切断それぞれによって、係合および係合解除される、ハイブリッド伝動機構において、前記摺動ドグ歯車のクラッチ切断が、請求項１から８のいずれか一項に記載のように制御されることを特徴とする、ハイブリッド伝動機構。
10. 前記摺動歯車が組込同期システムを有さず、前記摺動歯車のドグの係合不解除角度が零でないことを特徴とする、請求項９に記載の伝動機構。
    

Images