JP2014509504A - パワートレーンの一ベルトプーリ平面内に設けられた切換可能なプラネタリギヤを制御する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ブレーキによりハウジングに結合されて固定可能なリングギヤと、パワートレーンの内燃機関のクランク軸に接続され、周方向で配置された複数のプラネタリピニオンを有するキャリアと、スタータジェネレータのロータと少なくとも１つの補機とに回転が伝達されるように接続されるサンギヤとを有する、スタータジェネレータと内燃機関との間で変速比を切り換えるプラネタリギヤと、ロータからクランク軸へのトルク方向で遮断する切換可能な第１のフリーホイールと、クランク軸からロータへのトルク方向で遮断する切換可能な第２のフリーホイールと、を備える、自動車のパワートレーンのベルトドライブを制御する方法に関する。ブレーキの切換精度を改善し、ひいてはブレーキの閉鎖時の高いトルク負荷を回避するために、ブレーキを介して伝達可能なトルクの特性線を、ブレーキの操作ストロークを介して適応するようにした。

Description

本発明は、ブレーキによりハウジングに結合されて固定可能なリングギヤと、パワートレーンの内燃機関のクランク軸に接続され、周方向で配置された複数のプラネタリピニオンを有するキャリアと、スタータジェネレータのロータと少なくとも１つの補機とに回転が伝達されるように接続されるサンギヤとを有する、スタータジェネレータと内燃機関との間で変速比を切り換えるプラネタリギヤと、ロータからクランク軸へのトルク方向で遮断する切換可能な第１のフリーホイールと、クランク軸からロータへのトルク方向で遮断する切換可能な第２のフリーホイールと、を備える、自動車のパワートレーンのベルトドライブを制御する方法に関する。

自動車のパワートレーン内、特に内燃機関の、トランスミッション側とは反対側のベルトプーリ平面に設けられたベルトドライブは、以前より公知である。この場合、クランク軸は、ベルトドライブを介して補機、例えばスタータジェネレータ、空調用コンプレッサ、オイルポンプ及び／又はウォータポンプ等を駆動する。ジェネレータ及びスタータモータとして使用可能ないわゆるスタータジェネレータを、そのサイズ及び出力に関して、両機能のために設計可能とするために、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００４０６０９９１号明細書及びドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００７０２１２３３号明細書では、スタータジェネレータのロータと内燃機関のクランク軸との間のトルク伝達経路に応じて異なった変速比を設定するプラネタリギヤを有するベルトドライブが提案される。したがって、例えば内燃機関の始動プロセス中、スタータジェネレータの回転数は、インパルススタート（Ｉｍｐｕｌｓｓｔａｒｔ）のための必要な回転インパルスを達成するために、減速される一方、ジェネレータモード中、ロータとクランク軸との間には、小さな変速比が付与されるか、あるいは変速比が付与されない。

変速比及びトルク伝達経路の切換は、１つのアクチュエータによって実施されるか、又は複数のアクチュエータによって実施される。一方では、変速比は、リングギヤをハウジングに結合して固定するブレーキにより実現され、他方では、トルク伝達経路は、互いに逆向きの切換可能な２つのフリーホイールにより実現される。２つのフリーホイールは、相互に切り換えられている。その結果、両フリーホイールのどちらを遮断するように切り換えるかで、ロータがクランク軸をオーバーラン可能となるか、又はクランク軸がロータをオーバーラン可能となる。こうして、停止した内燃機関は、減速比で始動され、同じ変速比でスタータジェネレータのトルクアシストにより運転され得る（ブースト運転）。さらにスタータジェネレータは、ジェネレータとして、両変速比で内燃機関により駆動され得る。加えて、空調用コンプレッサとして設けられた補機が、クランク軸のオーバーラン時、スタータジェネレータにより好ましくは変速せずに駆動されることにより、内燃機関停止時の自動車の停止時空調（Ｓｔａｎｄｋｌｉｍａｔｉｓｉｅｒｕｎｇ）が行われ得る。

その際、変速比を切り換えるブレーキの制御は、困難であり、材料の摩耗や快適性の喪失に至りかねないジャーク状のショックを伴うトルク変化を回避するために、正確に実施されねばならない。

それゆえ本発明の課題は、ブレーキを改良された形で切換可能な、ベルトドライブを制御する方法を提供することである。

上記課題は、ブレーキによりハウジングに結合されて固定可能なリングギヤと、パワートレーンの内燃機関のクランク軸に接続され、周方向で配置された複数のプラネタリピニオンを有するキャリアと、スタータジェネレータのロータと少なくとも１つの補機とに回転が伝達されるように接続されるサンギヤとを有する、スタータジェネレータと内燃機関との間で変速比を切り換えるプラネタリギヤと、ロータからクランク軸へのトルク方向で遮断する切換可能な第１のフリーホイールと、クランク軸からロータへのトルク方向で遮断する切換可能な第２のフリーホイールと、を備える、自動車のパワートレーンのベルトドライブを制御する方法であって、ブレーキを介して伝達可能なトルクの特性線を、ブレーキの操作ストロークを介して適応することを特徴とする、自動車のパワートレーンのベルトドライブを制御する方法により解決される。この種の特性線の使用により、ブレーキのトルク特性は、操作ストロークを介して確定されており、本発明により継続的に適応され得る。これにより、ブレーキを操作ストロークに沿って閉鎖及び開放するアクチュエータの高信頼性の制御が可能となる。その際、特性線の形状が、例えばアルゴリズム又は経験に基づいて適当な特性データにより、かつブレーキの目下の運転特性に適合可能な単数又は複数のサポートポイントに基づいて設定可能であることが判っている。例えば特性線は、摩擦係数の適応、及びブレーキがトルクの伝達を開始するコンタクトポイント（Ｔａｓｔｐｕｎｋｔ）の適応により適応可能である。この場合、特にコンタクトポイントの定期的な適合は、特に大きな利点を有している。

本発明の思想によれば、コンタクトポイントの適応は、定期的な適応を行い得るように、スタータジェネレータの複数の、好ましくはすべての運転状態で実施可能である。好ましい方法において、特性線を、第１のフリーホイールが遮断するように切り換えられたときに実現可能である。このとき、コンタクトポイントを、スタータジェネレータの運転データを評価しながら、ブレーキの位置制御される閉鎖により求める。このことは、ブレーキの閉鎖中、トルク伝達が開始されたときに、スタータジェネレータの挙動が評価され、これによりブレーキのコンタクトポイントが検出され、適応値として記憶され、かつ次にコンタクトポイントを求めるまで特性線の適応のために使用されることを意味する。

第１のフリーホイールが遮断するように切り換えられたとき、コンタクトポイントは、内燃機関のクランク軸の停止時、スタータジェネレータが一定の条件下でブレーキの閉鎖中に少なくともスタータジェネレータの反応によりコンタクトポイントの確定に至るまで運転されることによって、求められ得る。内燃機関が停止していて、スタータジェネレータのロータが回転し、クランク軸をオーバーランしているときには、空調用コンプレッサの運転が特に有利であることが判っている。それにもかかわらず、例えば分析された挙動により予想され得るか、あるいは属性付与されて推定され得る空調用コンプレッサの負荷と、自動車の停止時空調のこの運転状態でのスタータジェネレータに対するその影響の補償とを適当に考慮すれば、十分な精度でコンタクトポイントが特定され得る。択一的には、空調用コンプレッサの負荷の変動が認識又は判定される場合、計画されたコンタクトポイント検出は、短期的に中断又は中止されてもよい。

さらにコンタクトポイントは、ブレーキを開放したジェネレータモード中、ブレーキが、前と同様、低速で閉鎖されることにより実現可能である。その際、スタータジェネレータは、回転数制御されて、好ましくはクランク軸の回転数を僅かに上回る目標回転数で運転され、スタータジェネレータの運転データは、コンタクトポイントを求めるために評価される。補機、特に空調用コンプレッサの負荷は、前述したように求められ、補償され得る。

ブレーキが閉鎖されているとき、摩擦係数を、スタータジェネレータが最大の負荷に切り換えられたときのブレーキの位置制御される開放と、ロータ及びクランク軸の調整される回転数と、スタータジェネレータの運転データの評価及び場合によっては少なくとも１つの補機の負荷の考慮下での、運動エネルギの変化のために必要なトルク成分の考慮とにより求めることができる。その際、ジェネレータの負荷を最大に設定し、空調用コンプレッサの負荷を考慮し、ロータ及びクランク軸の回転数を好ましくは互いに調整することができる。その結果、運動エネルギの変化に寄与するトルク成分を求めて、補償することができる。この事情下で求められたスタータジェネレータの運転データの評価は、十分な精度で摩擦係数を求めるために援用可能である。

例えばスタータジェネレータが回転し、空調用コンプレッサが駆動されているときのインパルススタート時には、第２のフリーホイールが遮断するように切り換えられたときに、ブレーキを閉鎖し、摩擦係数を、例えばスタータジェネレータの回転数の勾配等の運転データが監視され、特性線の目下求められたトルクとスタータジェネレータの運動方程式とに基づいて調整されることにより。その際、空調用コンプレッサの負荷を考慮してもよい。ブレーキは、スリップしていない状態に到達した後、スリップ状態を回避するために、操作ストロークの所定の分だけさらに閉鎖され得る。

スタータジェネレータの運転データは、例えばロータの回転数及び／若しくはロータに作用するトルク並びに／又はこれらの勾配であってよい。

本発明が、ブレーキによりハウジングに結合されて固定可能なリングギヤと、パワートレーンの内燃機関のクランク軸に接続され、周方向で配置された複数のプラネタリピニオンを有するキャリアと、スタータジェネレータのロータと少なくとも１つの補機とに回転が伝達されるように接続されるサンギヤとを有する、スタータジェネレータと内燃機関との間で変速比を切り換えるプラネタリギヤと、ロータからクランク軸へのトルク方向で遮断する切換可能な第１のフリーホイールと、クランク軸からロータへのトルク方向で遮断する切換可能な第２のフリーホイールと、を備え、上述の提案した方法によって制御されるベルトドライブを有する自動車のパワートレーンを包含することは、自明である。

本発明について、図１乃至６に示した実施の形態を参照しながら詳細に説明する。

ベルトドライブを備える自動車のパワートレーンの概略図である。 減速されたジェネレータモードにある図１に示したベルトドライブの概略図である。 変速されないジェネレータモードにある図１に示したベルトドライブの概略図である。 内燃機関が停止し、停止時空調が作動しているときの図１に示したベルトドライブの概略図である。 内燃機関の始動時の図１に示したベルトドライブの概略図である。 内燃機関がスタータジェネレータによりアシストされているときの図１に示したベルトドライブの概略図である。

図１は、内燃機関２、ベルトドライブ３、摩擦クラッチ４、トランスミッション５及び駆動輪６を有する自動車のパワートレーン１の概略図である。

内燃機関２は、クランク軸８によりトランスミッション５とベルトドライブ３とを駆動する。トランスミッション５は、マニュアルトランスミッション、オートメーテッドマニュアルトランスミッション、デュアルクラッチトランスミッションその他これに類するトランスミッションとして形成されていてよい。ベルトドライブ３は、スタータジェネレータ７を含む。スタータジェネレータ７のロータ９は、回転が伝達されるように、例えば同軸的にか、又は図示しないベルトプーリ及びベルトによって、内燃機関のクランク軸８に、互いに逆向きに作用するように図示しないアクチュエータによって切り換えられるフリーホイール１０，１１により接続可能に設けられている。その際、第１のフリーホイール１０は、クランク軸８からロータ９へのトルク伝達経路を接続し、逆方向のトルク伝達経路を遮断する一方、第２のフリーホイール１１は、ロータ９からクランク軸８へのトルク伝達経路を接続し、逆方向のトルク伝達経路を遮断する。フリーホイール１０，１１は選択的に切り換えられる。さらに、ロータ９とクランク軸８との間には、プラネタリギヤ１２が接続されている。プラネタリギヤ１２のリングギヤ１３は、ブレーキ１４により、ハウジングに対して固定に、例えば内燃機関２のエンジンハウジング２１に結合可能である。サンギヤ１５は、回転が伝達されるようにロータ９に結合されている。リングギヤ１３とサンギヤ１５との間に噛合するプラネタリピニオン１６は、キャリア１７に保持されている。キャリア１７は、回転が伝達されるようにクランク軸８に結合されている。

さらにロータ９には、少なくとも１つの補機１８が、回転が伝達されるように接続、例えばベルトプーリによりベルトドライブ３のベルトに接続されている。図示の実施の形態において、補機１８は、空調用コンプレッサ１９により形成されている。空調用コンプレッサ１９は、固定の変速比でか、又は変速されずにロータ９に、回転が伝達されるように接続されている。

クランク軸８には、回転が伝達されるように、ベルトプーリダンパ２０が配設されている。ベルトプーリダンパ２０は、動吸振器及び／又は減衰器として形成されていてよい。

フリーホイール１０，１１及びブレーキ１４を、図示しないアクチュエータ又はすべての操作機能を制御する唯一のアクチュエータにより適当に操作することにより、パワートレーン１の相応の運転状態が制御される。この場合、ブレーキ１４は、プラネタリギヤ１２の変速比を制御し、フリーホイール１０，１１は、ロータ９とクランク軸８との間のトルク伝達経路を制御する。内燃機関２及びスタータジェネレータ７の運転状態に基づいて、パワートレーン１の複数の有利な運転状態が生じる。これらの運転状態については、後続の図２乃至６において、詳細に説明する。運転状態の調節時、ブレーキ１４は、プラネタリギヤ１２の負荷切換機能（Ｌａｓｔｓｃｈａｌｔｅｎｄｅ Ｆｕｎｋｔｉｏｎ）のために、重要な機能を果たす。プラネタリギヤ１２の両変速比段間のジャーク状のショックを伴ったトルク分配を回避するために、ブレーキ１４は、操作ストロークを介して、トルクを完全に伝達する状態、つまりリングギヤ１３をスリップなしにハウジングに対して固定に結合した状態から、リングギヤ１３が自由に回転可能な状態まで、格納された特性線に基づいて操作される。この特性線は、操作ストロークと、ブレーキ１４を介して伝達されるトルクとの間の関係を再現し、特に、ブレーキ１４がまさにトルクの伝達を開始する操作位置であるコンタクトポイントを求めることにより適応可能である。以下に、運転状態に基づいて実施される有利なコンタクトポイント適応について説明する。

図２は、ブレーキ１４が閉鎖され、第１のフリーホイール１０が接続されているジェネレータモードにあるベルトドライブ３を示している。回転するクランク軸８は、トルクをキャリア１７に伝達する。ハウジングに対して固定に制動されたリングギヤ１３は、例えば３：１の変換比で回転数を変換する、プラネタリピニオン１６及びサンギヤ１５を介したトルク伝達経路を形成する。これにより、特にクランク軸８の回転数が小さいときでも、ロータ９のより高い回転数、ひいてはスタータジェネレータ７のより高い効率が達成される。

この運転状態から出発して、摩擦係数適応は、以下の方法ステップにしたがって実施される。
‐高いエネルギ入力を回避するために、場合によってはスタータジェネレータの回転数制御を伴う、スタータジェネレータの負荷の高乃至最大の設定、
‐ブレーキ１４の、操作ストロークを介して位置制御される開放、
‐ロータ９及びクランク軸８の回転数の連結の調整、
‐空調コンプレッサの負荷及び運動エネルギの変化によるトルク成分の考慮下での、ブレーキ１４の開放中のトルクの相応の反応時の摩擦係数の検出を伴う、スタータジェネレータのトルクの評価。

図３は、ブレーキ１４が開放され、第１のフリーホイール１０が接続されているジェネレータモードにあるベルトドライブ３を示している。自由回転するリングギヤ１３は、クランク軸８から第１のフリーホイール１０を介してロータ９に至る、１：１の比での無変換のトルクの伝達を形成する。

この運転状態から出発して、コンタクトポイント適応は、以下の方法ステップにしたがって実施される。
‐クランク軸８の回転数を僅かに上回るロータ９の好ましい目標回転数を有する回転数制御でのスタータジェネレータの運転、
‐ブレーキ１４の、操作ストロークを介して位置制御される閉鎖、
‐スタータジェネレータのトルク及び／又はロータ９の回転数の評価、並びに空調用コンプレッサの負荷の考慮下での、ブレーキ１４を介したトルクの伝達開始時のトルクの相応の反応時のコンタクトポイントの検出。

図４は、内燃機関が停止してクランク軸８が停止しており、かつブレーキ１４が開放され、第１のフリーホイール１０が接続されているベルトドライブ３を示している。スタータジェネレータは、自動車の停止状態での空調（Ｓｔｉｌｌｓｔａｎｄｓｋｌｉｍａｔｉｓｉｅｒｕｎｇ）のために空調用コンプレッサ１９（図１）を駆動するために運転され、ロータ９は、クランク軸８をオーバーランする。

この運転状態から出発して、コンタクトポイント適応は、以下の方法ステップにしたがって実施される。
‐ブレーキ４の、操作ストロークを介して位置制御される閉鎖、
‐スタータジェネレータのトルク及び／又はロータ９の回転数の評価、並びに空調用コンプレッサの負荷の考慮下での、ブレーキ１４を介して伝達されるトルクの結果としての、ベルトドライブ３の相応の反応時のコンタクトポイントの検出。

停止状態での空調がオフであるときは、前述の方法ステップとは異なり、スタータジェネレータも停止している。この運転状態でコンタクトポイントの適応を実施するために、前述の方法ステップに代えて、以下の方法ステップが実施される。
‐ブレーキ１４の場合によっては開放を伴った、ジェネレータモードへの切換、
‐スタータジェネレータの、例えば３００ １／ｍｉｎへの回転数制御、
‐ブレーキ１４の、操作ストロークを介して位置制御される閉鎖、
‐スタータジェネレータのトルク及び／又はロータ９の回転数の評価、並びに空調用コンプレッサの負荷の考慮下での、ブレーキ１４を介したトルクの伝達開始時のトルクの相応の反応時のコンタクトポイントの検出。

図５は、ブレーキ１４が閉鎖され、第１のフリーホイール１０が接続されている、スタータジェネレータによる内燃機関のインパルススタートの運転状態におけるベルトドライブ３を示している。その際、ロータ８は、クランク軸８に対して３：１の変速比のより高い回転数で回転し、ブレーキ１４が閉鎖されている間は、クランク軸８を連れ回す。これにより、内燃機関は始動される。

この運転状態から出発して、特性線の適応は、以下の方法ステップにしたがって実施される。
‐ブレーキ１４の、操作ストロークを介して位置制御される閉鎖、好ましくは、平たんな特性線領域における迅速な閉鎖、記憶されたコンタクトポイントを越えた後の減速された閉鎖、
‐勾配、例えばスタータジェネレータのトルク勾配及び／又は回転数勾配の監視、空調用コンプレッサの負荷の考慮下での、操作ストロークを介した運動方程式、及び記憶された特性線からの監視された勾配からの目下の特性線、特にコンタクトポイントの作成、
‐場合によってはブレーキ１４の、始動プロセスに基づいて減速された閉鎖又は操作プロセスの停止、
‐ブレーキ１４のスリッププロセスの終了後のブレーキ１４の閉鎖。

図６は、ブレーキ１４が開放され、第２のフリーホイール１１が閉鎖されている、内燃機関をアシストするスタータジェネレータの運転状態（ブーストモード）におけるベルトドライブ３を示している。ロータ９は、変速せずにトルクをクランク軸８に伝達し、自動車の駆動時にクランク軸をアシストする。

１ パワートレーン
２ 内燃機関
３ ベルトドライブ
４ 摩擦クラッチ
５ トランスミッション
６ 駆動輪
７ スタータジェネレータ
８ クランク軸
９ ロータ
１０ フリーホイール
１１ フリーホイール
１２ プラネタリギヤ
１３ リングギヤ
１４ ブレーキ
１５ サンギヤ
１６ プラネタリピニオン
１７ キャリア
１８ 補機
１９ 空調用コンプレッサ
２０ ベルトプーリダンパ
２１ エンジンハウジング

Claims (10)

1. ブレーキ（１４）によりハウジングに結合されて固定可能なリングギヤ（１３）と、パワートレーンの内燃機関（２）のクランク軸（８）に接続され、周方向で配置された複数のプラネタリピニオン（１６）を有するキャリア（１７）と、スタータジェネレータ（７）のロータ（９）と少なくとも１つの補機（１８）とに回転が伝達されるように接続されるサンギヤ（１５）とを有する、スタータジェネレータ（７）と内燃機関（２）との間で変速比を切り換えるプラネタリギヤ（１２）と、
   前記ロータ（９）から前記クランク軸（８）へのトルク方向で遮断する切換可能な第１のフリーホイール（１０）と、
   前記クランク軸（８）から前記ロータ（９）へのトルク方向で遮断する切換可能な第２のフリーホイール（１１）と、
   を備える、自動車のパワートレーン（１）のベルトドライブ（３）を制御する方法であって、
   前記ブレーキ（１４）を介して伝達可能なトルクの特性線を、該ブレーキ（１４）の操作ストロークを介して適応することを特徴とする、自動車のパワートレーンのベルトドライブを制御する方法。
2. 前記特性線を、ブレーキ（１４）のコンタクトポイント及び／又は摩擦係数を求めることで適応する、請求項１記載の方法。
3. 前記特性線の適応を、前記第１のフリーホイール（１０）が遮断するように切り換えられたときに行う、請求項１又は２記載の方法。
4. 前記特性線の適応を、前記スタータジェネレータ（７）の運転データを評価しながら、位置制御される前記ブレーキ（１４）の閉鎖でもって確定する、請求項３記載の方法。
5. 前記特性線の適応を、前記内燃機関のクランク軸（８）が停止しているときに行う、請求項３又は４記載の方法。
6. 前記特性線の適応を、前記クランク軸（８）が回転し、該クランク軸（８）により前記スタータジェネレータ（７）が駆動されているときに行う、請求項３又は４記載の方法。
7. 前記特性線の適応を、補機（１８）、特に空調用コンプレッサ（１９）の運転中に行い、前記補機（１８）の負荷を、適応中、前記スタータジェネレータ（７）の運転データの評価に際し考慮する、請求項２から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 前記特性線を、前記スタータジェネレータ（７）が最大の負荷に切り換えられたときの前記ブレーキ（１４）の位置制御される開放と、前記ロータ（９）及び前記クランク軸（８）の調整される回転数と、前記スタータジェネレータ（７）の運転データの評価及び場合によっては前記少なくとも１つの補機（１８）の負荷の考慮下での、運動エネルギの変化のために必要なトルク成分の考慮とにより求める、請求項３記載の方法。
9. 前記第２のフリーホイール（１１）が遮断するように切り換えられたときに、前記ブレーキ（１４）を予め決められた位置までクラッチ特性線に沿って異なった閉鎖速度で閉鎖し、該ブレーキ（１４）がスリップしない状態に到達した後、該ブレーキ（１４）を、操作ストロークの予め決められた分だけさらに閉鎖する、請求項２記載の方法。
10. 前記スタータジェネレータ（７）の運転データは、前記ロータ（９）の回転数及び／又は該ロータ（９）に作用するトルク及び／又はこれらの勾配である、請求項３から９までのいずれか１項記載の方法。

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