JP4129301B2 - 変速中にエンジントルクを修正する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の前提部に記載された機械的な段階式歯車箱の自動歯車切換ないし変速中におけるエンジントルク修正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機械的な段階式歯車箱の自動歯車切換えは、対応する歯車の接触点において伝達されるトルクを減少するため、エンジンから供給されるトルクを調節する必要がある。歯車を切離すとき、歯車箱の対応する歯車間の接触点にトルクのない状態が存在するのが好ましいが、歯車接触点におけるトルクを測定することが実際上可能でないため、トルク調節はエンジンから供給されるトルクを調節することによって間接的に達成されなければならない。
スエーデン国特許Ａ９４０１６５３−２の明細書は、歯車切換えがディスククラッチを解放することなく行われる解決方法を開示している。この場合、歯車切換えに先立って、歯車切換え中にエンジン速度を一定に保つように、エンジントルクはゼロトルク水準に向かって調節される。エンジンが調整ないし変調されるトルクは、エンジンに関連する利用可能なデータ、すなわち慣性モーメントおよび内部摩擦などに基づいて計算される。変調されるトルクは、動力取出しが実施されるかされないかにも関連する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この方法の欠点は、トルクが直接測定されないこと、変調がエンジンの予想作動に基づいていることである。変調されたトルクが正確であるかどうかは判らない。エンジンおよび種々の駆動系統構成部品の製造は公差を伴い、その結果、各個の車輌が異なった特性を有することになる。エンジンの作動は、それが新しいときには正確に予想されるにしても、その特性は時間とともに且つエンジンの磨耗とともに変化する。このことは、変調されるエンジントルクはエンジンが新しい場合とは時間とともに同じでなくなるであろうことを意味する。これはまた、変速が困難になり、そして／或いはある場合には許容し得ない程にまで遅らされることを意味している。制御装置における振動は、一定の同期速度を与える燃料量を正確に決定しうるために必要な測定時間をきわめて長くする。
【０００４】
本発明の目的は、装置の磨耗および異なった個々の装置間の差異に基づいて、いかなる出力センサまたはトルクセンサも使用することなく、歯車切換え中に所定エンジントルクに容易かつ迅速に修正して、歯車切離し中に歯車箱をトルクのない状態にし得るようにすることにある。このため、本発明は請求項１の特徴部分に記載された構成を特徴とするものである。
本発明を際立たせる他の特徴は、添付図面に基づく下記の実施例の記載に示される。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１は、自動車における機械的歯車箱のコンピュータを利用した歯車切換えを監視し制御する歯車切換装置を示す。装置の構成および作動は、前述のスエーデン国特許Ａ９４０１６５３−２明細書に記載の装置におおよそ対応し、描いた項目だけが本発明を理解するために必要なものである。
この車輌は燃焼エンジン２、好適にはディーゼルエンジンによって動力を与えられ、エンジン２はクラッチ４、機械的な段階式歯車箱６、および推進軸８を介して車輌の駆動輪１０に連結されている。この実施例では、クラッチ４は低い車速において始動、停止する時に手動で作動するだけのものである。自動車の作動中の異なった走行歯車間の歯車切換において、クラッチ４は手動または自動のいずれでも作動されるものでなく、歯車切換はクラッチ４をエンジン２と歯車箱６との間で駆動動力伝達連結器として働かせたまま実施される。
【０００６】
歯車切換装置は、一部は歯車切換えにてエンジン速度およびエンジントルクを調節することにより、一部は作動している歯車を切離して次の歯車を噛合わせる歯車箱のサーボを作動することによって、変速を実施する。
変速中にクラッチ４が解除されないことによって、エンジン制御装置は歯車が噛合う前に確実につぎの歯車に対する同期速度に到達していなければならないので、要求されているのが歯車のトルクのない切離しの可能性である場合そしてつぎの歯車に噛合う場合の双方で、変速が、機械的な段階式歯車箱におけるもっとも短いトルクしゃ断で実施されるべきであるならば、エンジン制御装置に対する要求はきびしいものとなる。
【０００７】
歯車切換装置はマイクロコンピュータを有する制御ユニット１２を備え、このユニットは装置の種々の部分に別々の導線によって接続されている。これらの接続は、図１に矢印で示されたものに対応する種々の信号を伝達するため使用される。また制御ユニット１２は、該ユニットが出力信号を送信し且つ入力信号を図１に二方向矢印で示された多数のリンクを介して多数の制御ユニットから受信するので、双方向接続である。
制御ユニット１２は、種々のセンサに接続された燃料噴射装置１５につながったリンク１４を介して、エンジン速度ｎに関する情報を受信し、該情報からはエンジン加速度も計算される。制御ユニット１２はまたリンク１４を介して調節ないし変調されたエンジントルクＭに関する情報も受信し、該情報は実際上は噴射された燃料量によって計算される。燃料噴射装置１５はリンク１６を介してエンジン噴射装置への燃料量を制御する。変速中、制御ユニット１２は、エンジンをあるトルクＭに変調させる信号を燃料噴射装置１５に伝達する。
【０００８】
制御ユニット１２は、温度センサから導線１７を介して、エンジン温度Ｔまたは実際にはエンジン冷却水温度を示す信号を受信する。センサ１８は、制御ユニット１２に信号導線１９を介して、動力取出し（ＰＴＯ）が実施されているかどうかに関する情報を伝達する。実際上、このセンサ１８は動力取出系が接続される回路しゃ断機とすることができる。多数の動力取出系が駆動されるように配置される場合、それらは対応して制御ユニットに接続することができるが、この実施例においてはただ一つの動力取出系が想定されている。
制御ユニット１２はリンク７を介して歯車箱６内の種々の電磁弁に接続され、電磁弁は歯車の切離しおよび噛合わせ用のサーボを作動する。このリンク７はまた、刻々の歯車箱の作動状態を表わしそしてどの歯車が噛合っているかを示す信号を、さらに変速中には歯車切換えの種々の位相を示す信号を制御ユニット１２に伝達する。
また制御ユニット１２は、（図示しない）他の車輌制御装置、たとえば歯車選択レバー、加速ペダル、ブレーキペダル、リターダ（減速器）に連結される。
【０００９】
歯車切換えは、運転者が自動位置を選択するならば完全に自動的に、或いは運転者が手動位置を選択するならば手動的に開始される。歯車切換えがどのように（制御装置により自動的に、または運転者により手動的に）開始されるかに係わらず、それは制御ユニット１２によってクラッチ４を解除することを要さずに実施される。
本文の冒頭に記載したように、歯車を切離すときいかなるトルクをも関連する歯車の接触点に確実にかけないようにすることが重要である。歯車切離し前における所謂ゼロトルク水準へのエンジントルクの調節を、図２の流れ線図に基づいて一層詳細に説明する。図２はまた、歯車切離しに続いてゼロトルク水準を決定する係数Ｍ_G 、またはゼロトルク水準に影響する動力取出係数Ｍ _PTO を修正する本発明による工程を示す。このトルク修正ルーティン（操作）は制御ユニット１２のマイクロコンピュータに記憶される。
【００１０】
歯車切換はステップ２０において開始され、その後制御ユニット１２はエンジントルクをゼロトルクＭ₀ に下げる調節を開始する。ゼロトルクはエンジン速度ｎおよびエンジン温度Ｔに依存する。したがって制御ユニットはその基本マトリックスに種々のエンジン速度ｎおよびエンジン温度Ｔに関連するゼロトルクの種々の値を記憶している。自動車の製造時、この基本マトリックスは実験的に確立された値で制御ユニット１２に記憶されている。動力取出しの実施中にトルク増加を補償するため、この基本値Ｍ_G は動力取出し運転に関連する係数によって補足されなければならない。この動力取出し係数Ｍ_PTO も同様にエンジン速度ｎ、エンジン温度Ｔに依存し、制御ユニット１２は種々のＭ_PTO 係数の対応するマトリックスを記憶している。
開始ステップ２１は、動力取出しを実施するかどうかを決定する。もし動力取出しを行わないならば、ゼロトルク調節が図２の左側部分に従って実施され、一方一回ないしそれ以上の動力取出しを行うならば、調節は図の右側部分に従って実施される。もし動力取出しが行われなければ、ステップ２２はエンジントルクＭを基本マトリックスに記憶されたＭ_G に調節する。
【００１１】
ステップ２３でトルクが所望値に等しくなると、ステップ２４で歯車を切離し、ついで歯車接触点はゼロトルクになるものと予想される。本発明によれば、歯車切離しの直後に、限定された測定期間ｍｐの間のエンジン速度ｎ変化の測定が行われる。この測定期間は、エンジンがつぎの歯車の噛合いに適した速度に変調される前の中立位置にある時間にわたる。かくて測定期間は、エンジンが正確なゼロトルクＭ_G になると予想されるトルクに調節されるまでの時間に及ぶ。測定期間中およびその直後に起こることはステップ２５に示されている。測定期間を通じたエンジンの速度変化Ｄ_n の測定は、エンジンの対応する加速度ａ_m を計算するため、測定期間の長さＤ_t の知識と組合わされ得る。このことは、エンジンの慣性モーメントＪに基づいて、速度変化を生ずるトルクが、式Ｍ_ERR ＝ _ａｍ ^* Ｊによって計算可能であることを意味している。このトルクは想定したトルクＭ_G が不正確であった量に対応する。Ｍ_ERR の値は、変調されたトルクが修正されるべき値に量的に対応する。その後、ステップ２６は、以前に記憶されたＭ_G の値から不正確値Ｍ_ERR を差引くことによって基本マトリックスに記憶されたＭ_G の値を更新する。
これらのトルクは或るエンジン速度ｎと或るエンジン温度Ｔに適用されるので、更新は対象とする速度および温度に対してだけ実施される。本発明によるゼロトルク値を含むマトリックスを更新する方法は、図２に示すように、最終ステップ２７によって完了する。
【００１２】
もしステップ２１で動力取出しが行われていると、一層高いゼロトルク値Ｍ_G が必要である。ついでステップ２８はエンジンを、基本マトリックスから与えられる基本トルクＭ₀ と動力取出しマトリックスから与えられるトルクＭ_PTO の総合であるゼロトルクに向かって変調する。ステップ２９でこのゼロトルクに到達すると、ステップ３０は歯車の切離しを実施する。次いでステップ３１が、ステップ２５と同様に、修正トルクＭ_ERR の計算を行う。これに、Ｍ_PTO トルク値を含む動力取出しマトリックスを更新するステップ３２が続く。更新がＭ_G を含む基本マトリックスでなく、後者のマトリックスにて実施されることに留意すべきである。これは、動力取出しを実施しない歯車切換え回数が著しく多くなるため、そして基本マトリックスが多分一層正確であると考えられるであろうからである。したがって、ステップ２８において採用されるＭ_G 値は正確であると予想され、そこで測定期間中計測されるエンジン速度は主として動力取出しマトリックスの不正確値によるものである。
【００１３】
図３から５は、上述の歯車切換えパターンをより明確にするために、本発明の方法によってエンジン速度がどのように変化するかを図で示している。使用される時間表示は三つの線図を通じて同じである。時刻ｔ₀ に開始される歯車切換えによって、トルクＭが、対応するゼロトルク値Ｍ_G またはＭ_G ＋Ｍ_PTO のいずれかに調整される。時刻ｔ₁ において、対応するゼロトルクに達し、歯車が切離される。車速の変化がなく、この点までエンジン速度ｎは一定である。時刻ｔ₁ における歯車切離しは、測定期間ｍｐの開始を指示し、この場合測定期間はゼロトルクによるエンジン調整期間と同じであり、時刻ｔ₂ まで続く。図４の場合は、エンジン速度が測定期間を通じてＤ_n だけ増加し、これは調節されたゼロトルクが大きすぎることを意味し、一方、図５の場合はエンジン速度がΔｎだけ減少し、これは調節されたゼロトルクが小さすぎることを意味する。それに対して、図３は測定期間を通じて一定のままのエンジン速度を示し、これは変調トルクが正確であることを意味している。時刻ｔ₂ において、トルクＭは、つぎの歯車が噛合う前に、エンジン速度を正確な値に減らす目的でさらに減少される。図示例の場合、エンジン速度は低下するが、その理由は高速歯車にアップシフトされ、それにより歯車切換え後のエンジン速度が歯車切換え前のエンジン速度より低くなるからである。一方、ダウンシフトが行われると、トルクは歯車係合前にエンジン速度ｎを増加するため時刻ｔ₂ において増加する。時刻ｔ₃ において、次ぎの歯車用の正確な速度に到達して歯車噛合いが始まり、時刻ｔ₄ にて完了する。時刻ｔ₄ において、トルクは時刻ｔ₅ にて運転者が必要とするトルクに対応するように、増加される。時刻ｔ₀ から時刻ｔ₅ までの全体の歯車切換えパターンは制御ユニット１２によって制御され、その期間中の運転者の種々の制御操作が歯車交換パターンに影響することはない。時刻ｔ₅ の後に、トルクとエンジン速度の両者は通常通りに運転者によって制御されるべく復元される。
【００１４】
ゼロトルクを修正する上記方法は、各変速の間に連続して実施することができるが、時間経過とともに一層少ない回数および一層小さい修正しか必要でないため、修正が歯車切換え毎には実施されないように、或る回数の後に修正数を減少することが有利である。そのため、制御ユニットは、二つのマトリックスの種々の値においていかに多くの更新が実施されたかを示すログマトリックスを該ユニットに記憶している。修正は常に、特定の値に対するマトリックスが所定の修正数が実施されたことを示さない限り、開始される。この所定の修正数は個々の装置の間の偏倚がどれ程大きいかによって決定されるが、多量生産装置の場合、その大きさの程度は数十の修正数から１００修正数の範囲に及ぶ。
個々の制御ユニットが適切に調整されているならば、修正開始の必要はそれ程多くなく、それらはその後の摩耗等に応じて調整されるだけである。ログマトリックスは、例えば、その後に各値にて生ずる全ての歯車切換えを計数するために使用され、修正開始はログマトリックスの値に依存して一層長い時間に基づいて発生する。たとえば、修正は最初の５０回の変速については各歯車切換え毎に、５１〜３００回の変速については各１０回の歯車切換え毎に、３０１〜１０００回の変速については各２０回の歯車切換え毎に開始される。
【００１５】
経験によれば、好適には一定の測定期間ｍｐの長さは或る用途において０．１秒の長さに維持される。しかしながら、実際的使用においては、いくぶん長い測定期間、たとえば０．１秒と０．４との間、好適には０．３秒を採用するよい理由が存在し、それは、装置が信号の遅れと機械的要素の慣性の影響をうけるからである。
Ｍ_G （ｎ，Ｔ）およびＭ_PTO （ｎ，Ｔ）マトリックスは所定の値を含み、それによりエンジン温度Ｔに対する値は、通常のエンジン運転温度範囲７０〜９０℃では１０〜２０℃の段階に、７０℃以下の範囲では一層小さな段階に分割され、またエンジン速度に関しては１００〜２００ｒｐｍの段階に分割される。
【００１６】
歯車切換えおよび測定が開始される各関連値におけるＭ_G （ｎ，Ｔ）およびＭ_PTO （ｎ，Ｔ）のマトリックス修正では、近接する値（たとえば特定のマトリックスにおける少なくとも四つの近接した値）を関連する修正トルクに、またマトリックスにおける近接した値が特定の値に対してどれほど近いかに比例して修正することも可能である。もし特定の値が特定のマトリックスの値に直接対応するならば、後者の値だけが修正される。
上記実施例において、ゼロトルクＭ_G およびＭ_G の修正は、各マトリックスにて新しい修正された値が以前に記憶された値と置換されるように、それぞれのマトリックスにおいて実施される。代替例では、一定の基礎値を基本マトリックスに、また必要な修正値を別の修正マトリックスに記憶させて、これら２つのマトリックスの値を組み合わせて関連するトルク値が形成されるようにすることもできる。そのような場合、更新されるのは修正マトリックスに要する修正値である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 機械的な段階式歯車箱の歯車切換系統の構成を示す概略図。
【図２】 本発明による歯車切離し中のエンジントルク調節を示す概略流れ線図。
【図３】 歯車切離し中に調節されるゼロトルクが正常である時の、歯車切換え中のエンジン速度およびエンジントルクの変化を示す図。
【図４】 歯車切離し中に調節されるゼロトルクが高すぎる時の、歯車切換え中のエンジン速度およびエンジントルクの変化を示す図。
【図５】 歯車切離し中に調節されるゼロトルクが低すぎる時の、歯車切換え中のエンジン速度およびエンジントルクの変化を示す図。

Claims (10)

1. 燃焼エンジンによって動力を与えられる車輌において、変速が、歯車切離しの際に、歯車箱の歯車接触点におけるトルクを減少するため、エンジンの供給するトルクを所定のゼロトルク水準に調節する制御装置によって自動的に制御される、機械的な段階式歯車箱の変速中にエンジントルクを修正する方法において、歯車が切離され歯車箱が中立位置にあるときエンジンの供給するトルクが所定のゼロトルク水準に対応するトルクに調節されること、所定のゼロトルク水準は歯車が切離され歯車箱が中立位置にある測定期間中一定に維持されること、燃焼エンジンのいかなる速度変化も測定期間中に検出されること、所定のゼロトルク水準が測定期間中に燃焼エンジンにおいて検出された速度変化に従って修正されることを特徴とする変速中にエンジンのトルクを修正する方法。
2. 所定のゼロトルク水準の対応する修正が修正トルクＭ_ERR として計算され、この修正トルクは、Ｊをエンジンの慣性モーメントとし、ａ_m を測定期間中にエンジンによって示される加速度とし、該加速度が測定期間Ｄ_t 中のエンジン速度変化Ｄ_n に基づいて計算されるとき、式Ｍ_ERR ＝ａ _m ^* Ｊによって計算される請求項１に記載の変速中にエンジンのトルクを修正する方法。
3. 所定のゼロ水準の値が少なくともエンジン速度（ｎ）およびエンジン温度（Ｔ）に基づく値をもった基本マトリックスに記憶されること、基本マトリックスの値が測定期間終了後、測定期間を通じて計算された修正トルクＭ_ERR を適用することによって修正される請求項２に記載の変速中にエンジンのトルクを修正する方法。
4. 所定のゼロトルク水準が、少なくともエンジン速度（ｎ）およびエンジン温度（Ｔ）に基づいて実験的に到達した値に基づいて固定の基本マトリックスに記憶されること、少なくともエンジン速度およびエンジン温度に基づく値をもった別の修正マトリックスが、測定期間中計算されたトルク修正に基づく値をその中に記憶すること、歯車切離しに対応するゼロトルクが二つのマトリックスを組合わせて形成される請求項２に記載の変速中にエンジンのトルクを修正する方法。
5. 基本マトリックスは、エンジン温度（Ｔ）に関連する値が通常のエンジン運転温度範囲において１０〜２０°の段階に且つより低い運転温度において一層小さい段階に分割された所定の値を網羅し、エンジン速度（ｎ）に対応する値が１００〜２００ｒｐｍの段階に分割される請求項３に記載の、変速中にエンジンのトルクを修正する方法。
6. 測定期間が０．１〜０．４秒程度、好適には０．３秒の所定の一定期間であること、測定期間は歯車が切離されたときに始まる請求項１から５のいずれか一項に記載の変速中にエンジンのトルクを修正する方法。
7. 測定期間は、装置が新しい場合には、原則として歯車切換え毎に開始されること、装置の作動時間が増すにつれて開始される測定期間の数が徐々に減少する請求項６に記載の変速中にエンジンのトルクを修正する方法。
8. マトリックスの各値に対して、実施される測定期間の数がログマトリックスに記憶されること、各値に対して開始される測定期間の間隔は、それらが特殊な値において実施される測定期間の数に従って増加するように、調整される請求項７に記載の、変速中にエンジンのトルクを修正する方法。
9. 出力取出しが行われる際に、所定のゼロトルク水準がマトリックスに記憶された出力取出係数Ｍ_PTO に基づくトルク追加に対応し、それにより種々のトルク追加が少なくともエンジン速度（ｎ）およびエンジン温度（Ｔ）に基づいて記憶される請求項１から８のいずれか一項に記載の変速中にエンジンのトルクを修正する方法。
10. 動力取出しが実施されるならば、動力取出係数Ｍ_PTO を含むマトリックスが修正され、該修正は測定期間中計算される修正トルクＭ_ERR に基づく請求項９に記載の変速中にエンジンのトルクを修正する方法。

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