JP2006516710A - 副軸形変速機として形成された自動変速機の変速機ブレーキを制御および調整する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、副軸形変速機として形成された自動変速機の変速機ブレーキを自動的に制御する方法に関する。その変速機ブレーキは、アップシフト過程時において、副軸の回転数を、連結時点で同期回転数に相当するか同期回転数に所定の間隔まで接近するように、制動する。変速機の自動制御において、副軸回転数ないし変速機入力軸回転数の制動勾配が考慮される。アップシフト過程を改善するために、変速機出力軸回転数の勾配も、変速機ブレーキを自動制御するために評価される。

Description

本発明は、特許請求の範囲請求項１の上位概念部分に従う副軸形変速機として形成された自動変速機における変速機ブレーキの作用挙動を制御および調整する方法に関する。

手動切換変速機および自動切換変速機が通常、入力軸と、この入力軸に対して同軸的な出力軸と、副軸と、を利用していることは、一般に知られている。変速機軸上には、速度段数に応じた数の歯車装置（歯車対）が存在している。その歯車装置においては、それぞれ、変速機軸上に固定された固定歯車が、他の変速機軸上に配置された少なくとも１つの遊び歯車とかみ合っている。

速度段の切換過程中、一般に、１つの遊び歯車が、全駆動トルクを伝達するかみ合い結合式連結装置を介して、それに対応した変速機軸に固く結合される。単純で場所をとらず容易に切換できる手段で大きな駆動トルクを伝達できるようにするために、特にかみ合いクラッチが利用されている。しかし、切換過程中は、エンジンの牽引力が別の切換および発進クラッチによって中断される。

そのような変速機を、単純に、容易に、衝撃なしに、迅速に且つ騒音なしに切換できるようにするために、連結装置の切り換えるべき部品は、それらが互いにかみ合う前に、ほぼ同じ回転数になされなければならない。そのために、同期装置が設けられている。この同期装置は、切換および発進クラッチとその都度切り換えるべき連結装置との間における動力伝達系の駆動側部品を、牽引力中断過程中に、目標速度段の車速および変速比によって設定される回転数に、減速ないし加速する。低速段から高速段にアップシフトするとき、その同期装置によって、変速機の駆動側部品は減速され、また、ダウンシフト時には加速される。

通常の同期装置は、その加速ないし減速過程に対して、摩擦コーンの形をした摩擦クラッチを利用している。この摩擦クラッチは、全駆動トルクを伝達する必要はなく、変速機の駆動側部品の回転質量の慣性モーメント並びに摩擦によるひきずりトルクから生ずる同期作用を実行するだけで済む。従って、同期装置はそれに応じて小形に寸法づけられる。

通常、各かみ合い結合式連結装置にそれぞれ、同期装置が付設されている。しかし、中央同期装置が、複数あるいは全部のかみ合い結合式連結装置に対する同期作用を負うこともできる。

切換過程に伴う機械式の切換および連結過程から車両運転者を解放するために、自動化切換変速機の場合、この切換および連結過程は、補助力支援可能な位置決め装置によって行われる。その位置決め装置は制御および調整装置によって制御される。

そのために、そのような制御および調整装置は、車両センサデータから、その都度の切換過程に関係する運転者要望を検出し、制御し、それを基礎として、記憶された制御および調整プログラムによって、変速機における切換経過を調整する。

そのような自動化切換変速機の場合、同期過程は例えば、ダウンシフト過程時には変速機入力軸あるいは副軸の回転数がエンジン回転数の増大によって高められ、アップシフト過程時には変速機のこの駆動側軸が制動されることによって、制御および調整され得る。そのような制動過程を実施するために、中央同期式変速機は、通常、副軸に機械的に連結されている変速機ブレーキを利用している。そのような変速機ブレーキは、電気式、液圧式あるいは空気圧式に作動され得る。空気圧式の作動様式は、商用車の変速機においてよく利用されている。

即ち、独国特許出願公開第１９６５２９１６号明細書で、液圧式あるいは空気圧式に作動され副軸に作用する変速機ブレーキを備えた自動化切換変速機が知られている。そのために、変速機ブレーキの圧力媒体制御弁は、マイクロプロセッサによって、所望の切換様式およびそのほかの走行運転条件に依存して、制御される。

例えば高速段が予め選択され、同期のために副軸が制動されなければならないとき、マイクロプロセッサによって、予め選択された変速比およびセンサによって得られた変速機出力軸回転数から、副軸に対する設定回転数（同期回転数）が計算される。その回転数に到達した際に、目標速度段の遊び歯車とその軸との機械的連結が行われる。

しかし、一般に、空気圧の調整が難しいため並びに変動する他の周辺条件のために、変速機ブレーキの制動出力は大きく変動される。必要な回転数窓、即ち、変速機入力軸ないし変速機入力軸で駆動される副軸の実際回転数と具体的な切換過程に対する設定回転数との間における所定の最大間隔を得るために、従来技術において追加的に、変速機ブレーキの制動勾配も求められ、変速機ブレーキの制御時にマイクロプロセッサによって考慮される。そのために、制御弁が、マイクロプロセッサによって、上述の設定値設定が得られ、従って、連結装置を関連の遊び歯車にかみ合わせるための同期回転数が得られる、というように制御される。

同期回転数は残念ながら切換過程に対して一定値ではなく、特に路面傾斜に左右される。これは、切換過程時に発進および切換クラッチが解除されている場合、上り坂が負の車両加速を生じさせ変速機出力軸回転数を低下させ、下り坂の際に車両の常用ブレーキが作動されないとき、正の車両加速を生じさせるからである。この影響は、従来における変速機ブレーキに対する制御および調整方法においては考慮されておらず、従って、その対策は不完全であった。

本発明の課題は、変速機ブレーキの制御および調整を改良することにある。

この課題は請求項１に記載の特徴によって解決される。本発明の有利な実施態様および発展形態が、従属請求項に記載されている。

本発明は、変速機入力軸と、この変速機入力軸で駆動される少なくとも１つの副軸と、変速機出力軸と、を有する副軸形変速機として形成された自動変速機の変速機ブレーキの制御および調整に関する。その変速機入力軸は、発進および切換クラッチを介して、エンジンの駆動軸に結合可能であり、変速機出力軸は、少なくとも１つの差動装置（デフ）を介して、車両車輪に通じているドライブシャフトに動力伝動接続されている。その変速機入力軸上と、副軸上と、および又は、変速機出力軸上に、それぞれ、遊び歯車が回転可能に支持され、および又は、固定歯車が固く配置されている。その遊び歯車および固定歯車は、少なくとも対を成して互いにかみ合っている。さらに、そのような変速機は、かみ合い結合式連結装置を利用し、この連結装置によって、速度段交換を実施する際に、遊び歯車は一般に択一的に対応した変速機軸に固く結合され得る。

また、そのような変速機には変速機ブレーキが装備され、少なくともこの変速機ブレーキのための制御装置に信号伝達的に接続されている。アップシフト過程時、その変速機ブレーキによって、少なくとも１つの副軸が、その副軸回転数が連結時点で同期回転数に相当するか同期回転数に所定の間隔まで接近する、というように制動される。その場合、変速機ブレーキを制御および調整するために、副軸回転数ないし変速機入力軸回転数の制動勾配並びに変速機出力軸回転数が考慮される。

そして、変速機アップシフト過程を改善するために、本発明に基づいて、変速機ブレーキを制御および調整するために、追加的に、変速機出力軸回転数の勾配が評価される。この処置によって、変速機出力軸回転数が目標速度段の変速比で副軸の回転数に関係付けられ、並びに、環境および又は走行区間の切換過程への影響が、従来におけるよりも良好に考慮される。そのようにして、特に、切換過程中に生ずる変速機出力軸回転数の急速な変動が、変速機ブレーキの制御および調整に算入され得る。

本発明に基づく方法の有利な実施態様においては、変速機入力軸回転数ないし副軸回転数の勾配および変速機出力軸回転数の勾配から、総勾配が計算される。この総勾配は、同期点の到達の際に変速機ブレーキに対するしゃ断時点を計算するために利用され得る。従って、このしゃ断時点は、変速機ブレーキ摩擦係数の変動時および出力軸回転数勾配の変動時でも、確実、迅速且つ衝撃なしの切換過程のために、決定される。

本発明に基づく制御および調整方法が基礎とする数学・物理関係並びにそこから生ずる方程式について、唯一の図を参照して詳細に説明する。この図には、ダウンシフト過程中の同期点ｔ_ｓ の到達前および到達後における変速機入力軸ないし副軸の設定回転数ｎ_ｓｏｌｌおよび実際回転数ｎ_ｉｓｔ の経過が示されている。その同期点ｔ_ｓ は、この図において変速機入力軸ないし副軸の設定回転数経過および実際回転数経過が交差する時点として規定されている。変速機入力軸は変速機の副軸を一般に固定歯車を介して駆動するので、変速機入力軸および副軸の回転数は互いに比例する。このために、変速機ブレーキの制御および調整に対して、変速機入力軸回転数が利用されるか、副軸回転数が利用されるかによって、相違は生じない。

本発明に基づく方法においてアップシフト過程時における変速機軸の制動が対象とされる場合でも、変速機切換過程中における基本的な関係が、この図を参照して良好に理解できる。

それによれば、時点ｔ_ｉ における副軸ないし変速機入力軸の設定回転数ｎ_ｓｏｌｌと実際回転数ｎ_ｉｓｔ との回転数差Δｎ_ｉ に対して次式が適用され、

また、上述した回転数総勾配に対して次式が適用される。

ここで、ｔ_ｐ は予め選定された走査サイクル時間あるいはプログラムサイクル時間である。

それに応じて、副軸ないし変速機入力軸の設定回転数ｎ_ｓｏｌｌと実際回転数ｎ_ｉｓｔ との回転数差Δｎは、ダウンシフトにおいて同期点Ｉｓの前の時間幅Ｉで、Δｎｉ＞０であり、アップシフトにおいて、

である。

それに応じて、回転数総勾配

に対して、ダウンシフト時には、

の値が生じて、アップシフト時には、

の値が生ずる。

これに対して、同期時点Ｉｓ後の時間幅ＩＩにおける回転数状関係に対して、ダウンシフトにおいて、

アップシフトにおいて、

の式が適用される。

従って、同期時点Ｉｓ後の時間幅ＩＩにおける回転数総勾配

はダウンシフト時には、

アップシフト時には、

の値となる。

同期時点Ｉｓは、変速機入力軸ないし副軸の設定回転数ｎ_ｓｏｌｌと実際回転数ｎ_ｉｓｔ との回転数差Δｎ_ｉ と回転数総勾配

との商から計算され、従って、同期時点に対して次式が適用される。

制御および調整装置のプログラミングに対する時間的に離散したステップｉへの変換は、回転数総勾配

に対して次式を生ずる。

ここで、ｔ_ｓｉは時点ｔ_ｉ から同期時点ｔ_ｓ までの時間幅である。

式２を利用して式１０を変換することによって、次式が生ずる。

この式は回転数総勾配

に対して次式に転換される。

ここで、具体的なプログラミングのために、好適には１０ｍｓのプログラムサイクル時間ｔ_ｐ が設定され得る。そのような場合、回転数総勾配

はｔ_ｐ ＝１０ｍｓで標準化され、これは値ｔ_ｐ ＝１に相当する。あるいは、ｔ_ｐ ＝２０ｍｓで重なり計算した場合、値ｔ_ｐ ＝２を生ずる。

さらに、時点ｔ_ｉ から同期時点ｔ_ｓ までの時間幅ｔ_ｓｉ は次式で表される。

ここで、ｋは同期時点ｔ_ｓ に到達するまでのプログラムサイクル数である。

そのような制御プログラム経過における具体的な実施ステップは、好適に次の順序に従って行われる。

ａ．時点ｔ_ｉ における設定回転数と実際回転数との間の回転数差Δｎ_ｉ の形成。

ｂ．プログラムサイクル時間ｔ_ｐ ＝２０ｍｓでの回転数総勾配の重なり計算。

ｃ．次の計算経過のための回転数差の一時的な記憶。

ｄ．同期時点の到達までの時間幅とそれに必要なプログラムサイクルの計算。

ｅ．同期時点ｔ_ｓ あるいはこの同期時点ｔ_ｓ に対する所定の間隔に達するまでの変速機ブレーキの作動。

ダウンシフト過程中の同期点ｔ_ｓ の到達前および到達後における変速機入力軸ないし副軸の設定回転数ｎ_ｓｏｌｌおよび実際回転数ｎ_ｉｓｔ の経過を表した線図。

Claims (6)

1. 変速機入力軸と、
   当該変速機入力軸で駆動される少なくとも１つの副軸と、
   変速機出力軸と、
   変速機ブレーキと、
   少なくとも当該変速機ブレーキを制御および調整するための制御装置と、
   を備え、
   前記変速機入力軸上、前記副軸上、および又は、前記変速機出力軸上に、それぞれ、遊び歯車が回転可能に支持され、および又は、固定歯車が固く配置されており、それら歯車は、少なくとも対を成してかみ合っており、
   前記遊び歯車は、速度段交換（シフト）を実施するために、連結装置によってそれに対応する変速機軸に固く結合され、
   アップシフト過程時には、前記副軸が、前記変速機ブレーキによって、副軸回転数が連結時点で同期回転数に相当するか同期回転数に所定の間隔まで接近する、というように制動され、
   前記変速機ブレーキを制御および調整するために、副軸回転数ないし変速機入力軸回転数並びに変速機出力軸回転数が考慮される
   という副軸形変速機として形成された自動変速機の変速機ブレーキを制御および調整する方法において、
   変速機ブレーキを制御および調整するために、追加的に、変速機出力軸回転数の勾配が評価される
   ことを特徴とする副軸形変速機として形成された自動変速機の変速機ブレーキを制御および調整する方法。
2. 副軸回転数ないし変速機入力軸回転数の勾配と変速機出力軸回転数の勾配とから、総勾配が計算される
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 回転数総勾配
   

   

   が次式
   

   

   で計算され、ここで、ｔ_ｐ はプログラムサイクル時間、Δｎ_ｉ は時点ｔ_ｉ における副軸回転数あるいは変速機入力軸回転数の設定回転数と実際回転数との回転数差である
   ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 回転数総勾配
   

   

   から、同期回転数に達するための変速機ブレーキに対するしゃ断時点が求められる
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
5. 同期回転数に達するまでのしゃ断時間幅が次式
   

   

   で計算され、ここで、ｋはプログラムサイクル数である
   ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 変速機ブレーキを制御する制御および調整装置に対するプログラム経過が、
   ａ．時点ｔ_ｉ における設定回転数と実際回転数との間の回転数差Δｎ_ｉ の形成、
   

   

   ｂ．回転数総勾配の重なり計算、
   

   

   ｃ．次の計算経過のための回転数差の一時的な記憶、
   

   

   ｄ．同期時点までの時間幅の計算と、プログラムサイクル数の計算、
   

   

   ｅ．同期時点ｔ_ｓ あるいはこの同期時点ｔ_ｓ に対する所定の間隔に達するまでの変速機ブレーキの作動、
   という手順を有している
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。

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