JP2004534185A - 自動車用多レンジ変速機 - Google Patents
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Abstract
少なくとも１個の動力分割段（８）及び少なくとも１個の動力加算段（６）並びにこれらの間に互いに並列に配置され、それぞれ少なくとも１個のシフト要素（５、１０）を有する少なくとも２個の変速機動力経路（３、９）からなり、変速機動力経路の１つ（３）に無段変速装置（４）が配置され、これによって各変速段で全変速機（１）の変速比の無段階調整が実現される自動車用多レンジ変速機（１）を提案する。その場合無段変速装置（４）で駆動力を中断せずにトルクを逆転してギヤチェンジが行われる。レンジ変更の際にシフト要素（５、１０）の切換えと同時に行われる無段変速装置（４）の変速比調整により、摩擦結合式に構成された少なくとも１個のシフト要素（５、１０）で負荷転移が行われる。
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は請求項１の上位概念で詳しく定義した種類の自動車用多レンジ変速機に関する。
【背景技術】
【０００２】
動力経路に無段変速装置を含む動力分割が可能な多レンジ変速機は、無段変速装置の効率の顕著な改善に寄与し、大きな変速比範囲を可能にする。
【０００３】
このような多レンジ変速機は例えばドイツ特許公報第３９０３８７７号により周知であり、そこでは４軸遊星歯車装置及びこれに並列して配置された無段調整可能な油圧変速装置並びにその他の歯車からなる変速機が記述される。その場合シフト用かみ合いクラッチが複数の変速段を実現し、各段でそれぞれ油圧変速装置が全変速機の無段階変速比の無段階調整を行う。また接続されるシフト要素の同期回転数で駆動力を切断せずに、無段階部分でトルクを逆転してギヤチェンジが行われる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
同期点で変速比補正が必要であり、その場合変速機の無段階部の変速比が変速機制御によって補正され、接続されるシフト要素の同期点に達するまでバリエータが調整される。新たなシフト要素を連結した後、基準値と実際値の差の係数だけ変速比を変更することによってトルク伝達が行われる。
【０００５】
ところが同期点でのこの変速比補正は不都合なことに大変不正確である。切断される確動形シフト要素が切換えの後に完全に負荷を解除されることが保証されない。こうした事情に加えて、負荷された確動形シフト要素の結合の解除とともに出力部に急激なトルク変化が起こることが不良なシフト品質を助長する。
【０００６】
また大きな変動範囲が要求される場合、摩擦クラッチによってレンジ変更をエラーに寛容に構成する試みが実際に知られている。その場合負荷切換えとして行われるレンジ切換えのために、接続されるクラッチの同期点に到達する前にシフト要素で負荷転移が開始される。このレンジ変更戦略では、クラッチがスリップするときはそのトルクがドライブトレインのトルクを決定するから、バリエータで変速比の逆転が目立たないという効果を利用しようとする。
【０００７】
ところが接続されるシフト要素にある程度の回転数差があるときに第１の動力経路の負荷を解除すれば、関与する動力経路の変速比が異なるため出力部にトルクの急変をもたらし、このためレンジ切換えの際のシフト快適性が損ねられる。
【０００８】
本発明の課題は、レンジ切換えのシフト快適性が最適化される一方、関与するシフト要素の負荷が最小化され、無段変速装置の調整範囲が十分に利用される自動車用多レンジ変速機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に基づきこの課題は請求項１の特徴を有する多レンジ変速機によって解決される。
レンジ変更の際にシフト要素の切換えと同時に無段変速装置の変速比調整を行うことによって、摩擦結合式に構成された少なくとも１個のシフト要素で負荷転移が行われる本発明の多レンジ変速機においては、切断されるシフト要素は適正な時期に負荷を解除され、接続されるシフト要素は出力部に変速機出力トルクのなるべく連続的な経過が生じるように負荷されるという具合に、関与するシフト要素の負荷を再配分することができる。
【００１０】
こうして本発明に基づく多レンジ変速機は円滑なレンジ変更とともにレンジ切換え時の高いシフト快適性を可能にする。
【００１１】
その場合無段変速装置の調整と同時に行われるシフト要素の負荷転移が同期点で生じるならば、特に高いシフト快適性が得られる。
【００１２】
関与するシフト要素の少なくとも１つを本発明に基づき摩擦結合式シフト要素として構成することも、シフト快適性にとって重要である。関与するシフト要素の１つを確動式に構成することもできるが、しかし関与するシフト要素がすべて摩擦結合式であれば特に有利である。
【００１３】
本発明に基づく多レンジ変速機の極めて有利な実施態様では、シフト要素の切換え時の無段変速装置の変速比調整がバリエータの性質に従って行われ、接続されるシフト要素には事前に計算された負荷が同期点で働き、一方、切断されるシフト要素は負荷を解除される。
【００１４】
無段変速装置のバリエータの特殊な性質を考慮して、バリエータの調整により関与するシフト要素の負荷転移の精度が高められ、それとともにシフト快適性が一層改善される。
【００１５】
バリエータの実際負荷トルクが新たな運転レンジの計算目標点で変更されると同時に、関与するシフト要素で負荷の移転が行われるように、即ち切断されるシフト要素は伝達可能なトルクがゼロにされ、接続されるシフト要素は伝達される目標トルクに達するように、無段変速装置の変速比調整が行われるならば、出力部で変速機出力トルクの連続的な経過が得られるとともに、バリエータの許容変速比範囲の逸脱、例えばチャタリング又は過度のスリップの発生が確実に防止される。
【００１６】
所定のバリエータ調整に応じて得られるシフト要素の動力伝達率は、バリエータの性質を確かめるための経験値である。バリエータ調整の大きさはその性質に依存する。この性質を確かめるために、基準変速比が実際変速比に相当し、バリエータがトルクを伝達しない無負荷状態から出発して、所定の方向のバリエータ調整により動力伝達率を現出することができる。その場合伝達されるトルクは測定により経験的に決定される。こうしてバリエータの性質とともにレンジの切換えに必要なバリエータ調整も確実に確かめられる。
【００１７】
本発明に基づく多レンジ変速機のその他の利点及び有利な実施態様は下記の説明、図面及び特許請求の範囲により明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係る多レンジ変速機の実施例が図面に示されており、以下で詳しく説明する。
図１に自動車とりわけ乗用車用の多レンジ変速機１の原理図をごく概略的に示す。この場合無段変速装置４を含む第１の動力経路３はここに見えない駆動機関と結合された入力軸２から動力加算段６をなすエピサイクリックギヤに通じている。エピサイクリックギヤはこの場合３軸遊星歯車装置として構成されている。代替構成として、動力加算段６を別の種類の変速装置で実現できることは言うまでもない。
【００１９】
無段変速装置４はこの場合ＣＶＴ変速装置であるが、代替構成として別の種類のバリエータ付き無段変速装置、例えば摩擦変速装置又は油圧変速装置を取り上げることもできる。
無段変速装置４は摩擦クラッチの形の摩擦結合式シフト要素５を介してエピサイクリックギヤ６と結合される。エピサイクリックギヤ６は出力軸７を経て出力部と結合される。
【００２０】
こうして動力の流れは一方のレンジでは入力軸２から第１の変速機動力経路３及びエピサイクリックギヤ６を経て出力軸７に至る。
【００２１】
また入力軸２はこの場合１つの歯車段をなす動力分割段８を経て第２の変速機動力経路９と結合される。変速機動力経路９は同じく摩擦クラッチをなすシフト要素１０を介してエピサイクリックギヤ６と結合される。こうして第１の変速機動力経路３と並列に配置された第２の変速機動力経路９への動力分割が可能であり、第２のレンジでは第２の変速機動力経路９を経由する動力の流れによって無段変速装置４を含む変速機動力経路３の負担を軽減することができ、他方ではこれによってＣＶＴ変速装置４が優れた効率を得ることができる。
さらに複数のレンジの選択によって全変速機の変速比調整範囲が拡大される。
【００２２】
図示した多レンジ変速機１で複数の変速段が実現され、無段変速装置４が各段でそれぞれ全変速機１の変速比の無段階調整を行う。この場合ギヤチェンジは同期回転数で駆動力を切断せずに行うことが好ましく、その際無段変速装置４でトルクの逆転が起こる。
【００２３】
適当な電子制御装置、例えばいずれにせよ存在する電子式変速機制御を援用して、上記の運転レンジ間の変更の際に摩擦クラッチ５、１０の切換えと同時に無段変速装置４の変速比調整を行うことにより、同期点で摩擦クラッチ５及び１０の負荷転移を実現することができる。
【００２４】
なお無段変速装置４の変速比調整は無段変速装置４のバリエータ１１、この場合はそれ自体公知のＣＶＴテーパプーリ形バリエータの性質に従って行われ、接続されるシフト要素には事前に計算された負荷が同期点で掛かるが、切断されるシフト要素は負荷を解除されるように、バリエータが調整される。設定される負荷の計算、即ち接続されるシフト要素が負荷転移の後、同期点でどのようなトルクを伝達しなければならないかの計算は、電子式変速機制御のコンピュータユニットが適宜に行い、外力に応じて、この場合は入力軸２を経て多レンジ変速機１に作用するエンジントルク及び出力軸７を経て変速機１に作用する走行抵抗に応じて行われる。なお代案として出力回転数の勾配と車両重量によって走行抵抗を決定することもできる。この場合負荷の計算は多レンジ変速機１の各レンジごとに別々に行われる。
【００２５】
無段変速装置４に現われるトルクと回転数及びその変速比は図２に示すモデルで明らかである。あらゆる種類の無段変速装置に適用できるこの一般モデルで、バリエータ１１の手前の従動動力経路にあって、バリエータ１１の入力軸１３に働く回転質量が参照符号１２を付して記号で示されている。図２に同じくただ記号で略示したバリエータ１１は、この場合軸１８を経て無段変速比調整装置１５と結合されたコンバータの形のスリップトルク伝達要素１４を具備する。バリエータ１１の出力軸１６に出力回転質量が参照符号１７を付して記号で示されている。
【００２６】
図２のモデルはバリエータ１１の基準変速比ｉ＿ｖａｒ＿ｓｏｌｌと実際変速比ｉ＿ｖａｒ＿ｉｓｔのトルク依存性の差を説明するものである。この差は図３の線図でも明らかである。
【００２７】
バリエータ１１の基準変速比ｉ＿ｖａｒ＿ｓｏｌｌと実際変速比ｉ＿ｖａｒ＿ｉｓｔは無負荷状態でだけ同一である。トルクがスリップによってしか伝達されないため、回転数の差異、それとともに変速比の差異が生じる。
【００２８】
コンバータ１４でトルクが発生される負荷状態で基準変速比ｉ＿ｖａｒ＿ｓｏｌｌと実際変速比ｉ＿ｖａｒ＿ｉｓｔの間に差が生じ、その場合実際変速比ｉ＿ｖａｒ＿ｉｓｔはバリエータ１１の入力軸１３の入力回転数ω＿ｉｎとバリエータ１１の出力軸１６の出力回転数ω＿ｏｕｔの比に相当する。
【００２９】
基準変速比ｉ＿ｖａｒ＿ｓｏｌｌの設定及び変速比調整装置１５の対応する調整によって、コンバータ１４と変速比調整装置１５を結合する軸１８の回転数ω＿ｚと入力軸１３の入力回転数ω＿ｉｎとの間に回転数差が生じる。バリエータ１１の入力に働くトルクＴ＿ｖａｒ＿ｉｎは回転数ω＿ｚ、ω＿ｉｎに依存し、基準変速比ｉ＿ｖａｒ＿ｓｏｌｌとの積としてバリエータ１１の出力トルクＴ＿ｖａｒ＿ｏｕｔを生じる。
【００３０】
同期点でレンジを切換えるとき、関与するシフト要素５、１０の負荷トルクは外部トルク、例えばエンジントルク及び走行抵抗並びにバリエータ１１の基準変速比ｉ＿ｖａｒ＿ｓｏｌｌの設定に依存する。こうしてバリエータ１１の調整によってシフト要素５及び１０の負荷転移が引き起こされる。
【００３１】
調整の大きさはバリエータの性質に左右されるから、特定のバリエータ調整でどのような伝達トルクが生じるかは、この場合実験的に確かめられる。こうして特定のバリエータ調整に従って確かめられたシフト要素５、１０の動力伝達率はバリエータの性質の決定のための経験値であり、バリエータ１１の変速比調整のサーボ制御に関与し、レンジ切換えのためにバリエータ１１を調整するときに考慮される。
【００３２】
変速比調整のサーボ制御は制御誤差を小さくし、変動範囲を改善するために利用され、この場合バリエータの変速比制御の一部である。バリエータの変速比制御はこのために適当な制御手段を有する。ここに示すＣＶＴ変速装置の場合、変速比調整のサーボ制御は周知のようにバリエータの２組のプーリセットの基準圧力比と、変速比及び負荷トルクとの関係を示す特性図表を包含する。
【００３３】
このサーボ制御は偏差を減少するためにさらにバリエータ変速比と実際の運転状態量、例えば伝達されるトルク、実際のバリエータ変速比、回転数、温度等との関係を考慮することができる。
【００３４】
そこでバリエータ１１は、接続されるシフト要素が正確に計算どおりに負荷され、切断されるシフト要素が同時に負荷を解除されるように調整される。切換え点でエンジントルク及び走行抵抗に応じて、２つの変速比範囲に対して異なるバリエータ負荷トルクが生じる。関与するシフト要素５及び１０で負荷が移転されるときに、バリエータの現在の負荷トルクが変速比調整によって新しい運転レンジの計算目標値となる。
【００３５】
ここに示す多レンジ変速機１では、バリエータ調整及びクラッチ調整に関する動挙動が類似するときにだけ、バリエータ１１とシフト要素５、１０の調整が同時に行われるようになっている。ここで動挙動とは、変速比の設定とそれに対する反応の間の時間的関連を意味する。この時間的関連は例えば電気サーボ部品の慣性の影響を受ける。バリエータ調整の時定数とシフト要素調整の時定数がある設定範囲内にあるときは、バリエータとシフト要素の動特性が類似するとみなされる。
【００３６】
バリエータ１１にせよシフト要素５又は１０にせよ、調整される要素が他の要素より低速の場合は、すべての要素が等しく低速に構成され、又は相応に高速な要素が減速される。
【００３７】
図３を参照して、レンジ切換え時のシフト要素５及び１０の圧力の経過並びにバリエータ１１の変速比ｉ＿ｖａｒの挙動を説明する。ここにｐ＿ｚｕは接続される摩擦クラッチの制御の圧力の経過、ｐ＿ａｂは切断される摩擦クラッチの圧力の経過と時間ｔとの関係を表す。その場合シフト要求に対する迅速な反応を保証するために、接続されるシフト要素が油圧式クラッチであるとして、レンジ切換えの開始時期Ｉの前の時間的に近い領域でこのシフト要素にあらかじめ充填しなければならないことは明らかである。この目的のために、接続されるクラッチの圧力ｐ＿ｚｕが短時間の間上昇させられる。
【００３８】
同期点ＩＩで基準変速比ｉ＿ｖａｒ＿ｓｏｌｌの設定変更によりバリエータ調整が、当該の圧力ｐ＿ｚｕの降下により切断されるシフト要素の切断が、制御圧力ｐ＿ｚｕの上昇により新らしいシフト要素の接続が、同時に行われる。関与する要素の減速挙動が相違しても反応が同時に起こるように、場合よっては当該の設定を早めに行うことができる。
【００３９】
負荷転移が時期ＩＩＩに終了した後は、スリップを確実に防止するために新たなシフト要素が締結される。
【００４０】
多レンジ変速機１のこの構成では、レンジ切換え時に総変速比が一定であるから、レンジ変更操作の期間中は上位のエンジン回転数制御が作動しない。上位のエンジン回転数制御の凍結時期はバリエータの実際の調整勾配及び時間挙動に応じて選定され、従ってレンジ変更操作のいわば出発点Ｉをなす。換言すれば、接続されるシフト要素で回転数差がゼロに近づき、バリエータが周知の動挙動により調整を終わり、シフト要素が系の与えられた慣性のもとでなお同期点に到達することを、当該のコンピュータユニットが進行中の計算に基づいて認識するならば、エンジン回転数制御が凍結されるのである。その結果バリエータはその調整装置の慣性に基づき減衰されて同期点に達する。
【００４１】
代案として、無段変速機４のための上位の制御回路又は上位のエンジン回転数制御に接続されたコントローラの作用をレンジ変更操作中に無段階的に反転することが可能である。その場合、レンジ切換え期間中に値が“＋１”から“−１”に、又はその逆に時間的に無段階で変化する量をコントローラ出力に乗じることによって反転を行うことができる。
【００４２】
レンジ変更操作の終了の時期ＩＩＩに例えば実際の制御偏差のもとで制御分の和をゼロとすることによって、上位の制御回路を円滑に割り込ませなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】無段変速装置を有する多レンジ変速機の原理図である。
【図２】変速比、回転数及びトルクを再現する図１の無段変速装置のモデルの図である。
【図３】レンジ切換え時の圧力及び変速比の経過の線図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 多レンジ変速機
２ 入力軸
３ 第１の変速機動力経路
４ 無段変速装置
５ 摩擦結合式シフト要素、摩擦クラッチ
６ 遊星歯車装置、エピサイクリックギヤ
７ 出力軸
８ 歯車式変速段
９ 第２の変速機動力経路
１０ 摩擦結合式シフト要素、摩擦クラッチ
１１ バリエータ
１２ 回転質量
１３ バリエータの入力軸
１４ スリップトルク伝達要素、コンバータ
１５ 変速比調整装置
１６ バリエータ出力軸
１７ 回転質量
１８ 軸
ω＿ｉｎ バリエータ入力軸の回転数
ω＿ｚ バリエータ回転数
ω＿ｏｕｔ バリエータ出力軸の回転数
ｉ＿ｖａｒ バリエータ変速比
ｉ＿ｖａｒ＿ｉｓｔ バリエータの実際変速比
ｉ＿ｖａｒ＿ｓｏｌｌ バリエータの基準変速比
ｐ＿ａｂ 切断されるシフト要素の圧力の経過
ｐ＿ｚｕ 接続されるシフト要素の圧力の経過
ｔ 時間
Ｔ＿ｖａｒ＿ｉｎ バリエータ入力トルク
Ｔ＿ｖａｒ＿ｏｕｔ バリエータ出力トルク
【０００１】
本発明は請求項１の上位概念で詳しく定義した種類の自動車用多レンジ変速機に関する。
【背景技術】
【０００２】
動力経路に無段変速装置を含む動力分割が可能な多レンジ変速機は、無段変速装置の効率の顕著な改善に寄与し、大きな変速比範囲を可能にする。
【０００３】
このような多レンジ変速機は例えばドイツ特許公報第３９０３８７７号により周知であり、そこでは４軸遊星歯車装置及びこれに並列して配置された無段調整可能な油圧変速装置並びにその他の歯車からなる変速機が記述される。その場合シフト用かみ合いクラッチが複数の変速段を実現し、各段でそれぞれ油圧変速装置が全変速機の無段階変速比の無段階調整を行う。また接続されるシフト要素の同期回転数で駆動力を切断せずに、無段階部分でトルクを逆転してギヤチェンジが行われる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
同期点で変速比補正が必要であり、その場合変速機の無段階部の変速比が変速機制御によって補正され、接続されるシフト要素の同期点に達するまでバリエータが調整される。新たなシフト要素を連結した後、基準値と実際値の差の係数だけ変速比を変更することによってトルク伝達が行われる。
【０００５】
ところが同期点でのこの変速比補正は不都合なことに大変不正確である。切断される確動形シフト要素が切換えの後に完全に負荷を解除されることが保証されない。こうした事情に加えて、負荷された確動形シフト要素の結合の解除とともに出力部に急激なトルク変化が起こることが不良なシフト品質を助長する。
【０００６】
また大きな変動範囲が要求される場合、摩擦クラッチによってレンジ変更をエラーに寛容に構成する試みが実際に知られている。その場合負荷切換えとして行われるレンジ切換えのために、接続されるクラッチの同期点に到達する前にシフト要素で負荷転移が開始される。このレンジ変更戦略では、クラッチがスリップするときはそのトルクがドライブトレインのトルクを決定するから、バリエータで変速比の逆転が目立たないという効果を利用しようとする。
【０００７】
ところが接続されるシフト要素にある程度の回転数差があるときに第１の動力経路の負荷を解除すれば、関与する動力経路の変速比が異なるため出力部にトルクの急変をもたらし、このためレンジ切換えの際のシフト快適性が損ねられる。
【０００８】
本発明の課題は、レンジ切換えのシフト快適性が最適化される一方、関与するシフト要素の負荷が最小化され、無段変速装置の調整範囲が十分に利用される自動車用多レンジ変速機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に基づきこの課題は請求項１の特徴を有する多レンジ変速機によって解決される。
レンジ変更の際にシフト要素の切換えと同時に無段変速装置の変速比調整を行うことによって、摩擦結合式に構成された少なくとも１個のシフト要素で負荷転移が行われる本発明の多レンジ変速機においては、切断されるシフト要素は適正な時期に負荷を解除され、接続されるシフト要素は出力部に変速機出力トルクのなるべく連続的な経過が生じるように負荷されるという具合に、関与するシフト要素の負荷を再配分することができる。
【００１０】
こうして本発明に基づく多レンジ変速機は円滑なレンジ変更とともにレンジ切換え時の高いシフト快適性を可能にする。
【００１１】
その場合無段変速装置の調整と同時に行われるシフト要素の負荷転移が同期点で生じるならば、特に高いシフト快適性が得られる。
【００１２】
関与するシフト要素の少なくとも１つを本発明に基づき摩擦結合式シフト要素として構成することも、シフト快適性にとって重要である。関与するシフト要素の１つを確動式に構成することもできるが、しかし関与するシフト要素がすべて摩擦結合式であれば特に有利である。
【００１３】
本発明に基づく多レンジ変速機の極めて有利な実施態様では、シフト要素の切換え時の無段変速装置の変速比調整がバリエータの性質に従って行われ、接続されるシフト要素には事前に計算された負荷が同期点で働き、一方、切断されるシフト要素は負荷を解除される。
【００１４】
無段変速装置のバリエータの特殊な性質を考慮して、バリエータの調整により関与するシフト要素の負荷転移の精度が高められ、それとともにシフト快適性が一層改善される。
【００１５】
バリエータの実際負荷トルクが新たな運転レンジの計算目標点で変更されると同時に、関与するシフト要素で負荷の移転が行われるように、即ち切断されるシフト要素は伝達可能なトルクがゼロにされ、接続されるシフト要素は伝達される目標トルクに達するように、無段変速装置の変速比調整が行われるならば、出力部で変速機出力トルクの連続的な経過が得られるとともに、バリエータの許容変速比範囲の逸脱、例えばチャタリング又は過度のスリップの発生が確実に防止される。
【００１６】
所定のバリエータ調整に応じて得られるシフト要素の動力伝達率は、バリエータの性質を確かめるための経験値である。バリエータ調整の大きさはその性質に依存する。この性質を確かめるために、基準変速比が実際変速比に相当し、バリエータがトルクを伝達しない無負荷状態から出発して、所定の方向のバリエータ調整により動力伝達率を現出することができる。その場合伝達されるトルクは測定により経験的に決定される。こうしてバリエータの性質とともにレンジの切換えに必要なバリエータ調整も確実に確かめられる。
【００１７】
本発明に基づく多レンジ変速機のその他の利点及び有利な実施態様は下記の説明、図面及び特許請求の範囲により明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係る多レンジ変速機の実施例が図面に示されており、以下で詳しく説明する。
図１に自動車とりわけ乗用車用の多レンジ変速機１の原理図をごく概略的に示す。この場合無段変速装置４を含む第１の動力経路３はここに見えない駆動機関と結合された入力軸２から動力加算段６をなすエピサイクリックギヤに通じている。エピサイクリックギヤはこの場合３軸遊星歯車装置として構成されている。代替構成として、動力加算段６を別の種類の変速装置で実現できることは言うまでもない。
【００１９】
無段変速装置４はこの場合ＣＶＴ変速装置であるが、代替構成として別の種類のバリエータ付き無段変速装置、例えば摩擦変速装置又は油圧変速装置を取り上げることもできる。
無段変速装置４は摩擦クラッチの形の摩擦結合式シフト要素５を介してエピサイクリックギヤ６と結合される。エピサイクリックギヤ６は出力軸７を経て出力部と結合される。
【００２０】
こうして動力の流れは一方のレンジでは入力軸２から第１の変速機動力経路３及びエピサイクリックギヤ６を経て出力軸７に至る。
【００２１】
また入力軸２はこの場合１つの歯車段をなす動力分割段８を経て第２の変速機動力経路９と結合される。変速機動力経路９は同じく摩擦クラッチをなすシフト要素１０を介してエピサイクリックギヤ６と結合される。こうして第１の変速機動力経路３と並列に配置された第２の変速機動力経路９への動力分割が可能であり、第２のレンジでは第２の変速機動力経路９を経由する動力の流れによって無段変速装置４を含む変速機動力経路３の負担を軽減することができ、他方ではこれによってＣＶＴ変速装置４が優れた効率を得ることができる。
さらに複数のレンジの選択によって全変速機の変速比調整範囲が拡大される。
【００２２】
図示した多レンジ変速機１で複数の変速段が実現され、無段変速装置４が各段でそれぞれ全変速機１の変速比の無段階調整を行う。この場合ギヤチェンジは同期回転数で駆動力を切断せずに行うことが好ましく、その際無段変速装置４でトルクの逆転が起こる。
【００２３】
適当な電子制御装置、例えばいずれにせよ存在する電子式変速機制御を援用して、上記の運転レンジ間の変更の際に摩擦クラッチ５、１０の切換えと同時に無段変速装置４の変速比調整を行うことにより、同期点で摩擦クラッチ５及び１０の負荷転移を実現することができる。
【００２４】
なお無段変速装置４の変速比調整は無段変速装置４のバリエータ１１、この場合はそれ自体公知のＣＶＴテーパプーリ形バリエータの性質に従って行われ、接続されるシフト要素には事前に計算された負荷が同期点で掛かるが、切断されるシフト要素は負荷を解除されるように、バリエータが調整される。設定される負荷の計算、即ち接続されるシフト要素が負荷転移の後、同期点でどのようなトルクを伝達しなければならないかの計算は、電子式変速機制御のコンピュータユニットが適宜に行い、外力に応じて、この場合は入力軸２を経て多レンジ変速機１に作用するエンジントルク及び出力軸７を経て変速機１に作用する走行抵抗に応じて行われる。なお代案として出力回転数の勾配と車両重量によって走行抵抗を決定することもできる。この場合負荷の計算は多レンジ変速機１の各レンジごとに別々に行われる。
【００２５】
無段変速装置４に現われるトルクと回転数及びその変速比は図２に示すモデルで明らかである。あらゆる種類の無段変速装置に適用できるこの一般モデルで、バリエータ１１の手前の従動動力経路にあって、バリエータ１１の入力軸１３に働く回転質量が参照符号１２を付して記号で示されている。図２に同じくただ記号で略示したバリエータ１１は、この場合軸１８を経て無段変速比調整装置１５と結合されたコンバータの形のスリップトルク伝達要素１４を具備する。バリエータ１１の出力軸１６に出力回転質量が参照符号１７を付して記号で示されている。
【００２６】
図２のモデルはバリエータ１１の基準変速比ｉ＿ｖａｒ＿ｓｏｌｌと実際変速比ｉ＿ｖａｒ＿ｉｓｔのトルク依存性の差を説明するものである。この差は図３の線図でも明らかである。
【００２７】
バリエータ１１の基準変速比ｉ＿ｖａｒ＿ｓｏｌｌと実際変速比ｉ＿ｖａｒ＿ｉｓｔは無負荷状態でだけ同一である。トルクがスリップによってしか伝達されないため、回転数の差異、それとともに変速比の差異が生じる。
【００２８】
コンバータ１４でトルクが発生される負荷状態で基準変速比ｉ＿ｖａｒ＿ｓｏｌｌと実際変速比ｉ＿ｖａｒ＿ｉｓｔの間に差が生じ、その場合実際変速比ｉ＿ｖａｒ＿ｉｓｔはバリエータ１１の入力軸１３の入力回転数ω＿ｉｎとバリエータ１１の出力軸１６の出力回転数ω＿ｏｕｔの比に相当する。
【００２９】
基準変速比ｉ＿ｖａｒ＿ｓｏｌｌの設定及び変速比調整装置１５の対応する調整によって、コンバータ１４と変速比調整装置１５を結合する軸１８の回転数ω＿ｚと入力軸１３の入力回転数ω＿ｉｎとの間に回転数差が生じる。バリエータ１１の入力に働くトルクＴ＿ｖａｒ＿ｉｎは回転数ω＿ｚ、ω＿ｉｎに依存し、基準変速比ｉ＿ｖａｒ＿ｓｏｌｌとの積としてバリエータ１１の出力トルクＴ＿ｖａｒ＿ｏｕｔを生じる。
【００３０】
同期点でレンジを切換えるとき、関与するシフト要素５、１０の負荷トルクは外部トルク、例えばエンジントルク及び走行抵抗並びにバリエータ１１の基準変速比ｉ＿ｖａｒ＿ｓｏｌｌの設定に依存する。こうしてバリエータ１１の調整によってシフト要素５及び１０の負荷転移が引き起こされる。
【００３１】
調整の大きさはバリエータの性質に左右されるから、特定のバリエータ調整でどのような伝達トルクが生じるかは、この場合実験的に確かめられる。こうして特定のバリエータ調整に従って確かめられたシフト要素５、１０の動力伝達率はバリエータの性質の決定のための経験値であり、バリエータ１１の変速比調整のサーボ制御に関与し、レンジ切換えのためにバリエータ１１を調整するときに考慮される。
【００３２】
変速比調整のサーボ制御は制御誤差を小さくし、変動範囲を改善するために利用され、この場合バリエータの変速比制御の一部である。バリエータの変速比制御はこのために適当な制御手段を有する。ここに示すＣＶＴ変速装置の場合、変速比調整のサーボ制御は周知のようにバリエータの２組のプーリセットの基準圧力比と、変速比及び負荷トルクとの関係を示す特性図表を包含する。
【００３３】
このサーボ制御は偏差を減少するためにさらにバリエータ変速比と実際の運転状態量、例えば伝達されるトルク、実際のバリエータ変速比、回転数、温度等との関係を考慮することができる。
【００３４】
そこでバリエータ１１は、接続されるシフト要素が正確に計算どおりに負荷され、切断されるシフト要素が同時に負荷を解除されるように調整される。切換え点でエンジントルク及び走行抵抗に応じて、２つの変速比範囲に対して異なるバリエータ負荷トルクが生じる。関与するシフト要素５及び１０で負荷が移転されるときに、バリエータの現在の負荷トルクが変速比調整によって新しい運転レンジの計算目標値となる。
【００３５】
ここに示す多レンジ変速機１では、バリエータ調整及びクラッチ調整に関する動挙動が類似するときにだけ、バリエータ１１とシフト要素５、１０の調整が同時に行われるようになっている。ここで動挙動とは、変速比の設定とそれに対する反応の間の時間的関連を意味する。この時間的関連は例えば電気サーボ部品の慣性の影響を受ける。バリエータ調整の時定数とシフト要素調整の時定数がある設定範囲内にあるときは、バリエータとシフト要素の動特性が類似するとみなされる。
【００３６】
バリエータ１１にせよシフト要素５又は１０にせよ、調整される要素が他の要素より低速の場合は、すべての要素が等しく低速に構成され、又は相応に高速な要素が減速される。
【００３７】
図３を参照して、レンジ切換え時のシフト要素５及び１０の圧力の経過並びにバリエータ１１の変速比ｉ＿ｖａｒの挙動を説明する。ここにｐ＿ｚｕは接続される摩擦クラッチの制御の圧力の経過、ｐ＿ａｂは切断される摩擦クラッチの圧力の経過と時間ｔとの関係を表す。その場合シフト要求に対する迅速な反応を保証するために、接続されるシフト要素が油圧式クラッチであるとして、レンジ切換えの開始時期Ｉの前の時間的に近い領域でこのシフト要素にあらかじめ充填しなければならないことは明らかである。この目的のために、接続されるクラッチの圧力ｐ＿ｚｕが短時間の間上昇させられる。
【００３８】
同期点ＩＩで基準変速比ｉ＿ｖａｒ＿ｓｏｌｌの設定変更によりバリエータ調整が、当該の圧力ｐ＿ｚｕの降下により切断されるシフト要素の切断が、制御圧力ｐ＿ｚｕの上昇により新らしいシフト要素の接続が、同時に行われる。関与する要素の減速挙動が相違しても反応が同時に起こるように、場合よっては当該の設定を早めに行うことができる。
【００３９】
負荷転移が時期ＩＩＩに終了した後は、スリップを確実に防止するために新たなシフト要素が締結される。
【００４０】
多レンジ変速機１のこの構成では、レンジ切換え時に総変速比が一定であるから、レンジ変更操作の期間中は上位のエンジン回転数制御が作動しない。上位のエンジン回転数制御の凍結時期はバリエータの実際の調整勾配及び時間挙動に応じて選定され、従ってレンジ変更操作のいわば出発点Ｉをなす。換言すれば、接続されるシフト要素で回転数差がゼロに近づき、バリエータが周知の動挙動により調整を終わり、シフト要素が系の与えられた慣性のもとでなお同期点に到達することを、当該のコンピュータユニットが進行中の計算に基づいて認識するならば、エンジン回転数制御が凍結されるのである。その結果バリエータはその調整装置の慣性に基づき減衰されて同期点に達する。
【００４１】
代案として、無段変速機４のための上位の制御回路又は上位のエンジン回転数制御に接続されたコントローラの作用をレンジ変更操作中に無段階的に反転することが可能である。その場合、レンジ切換え期間中に値が“＋１”から“−１”に、又はその逆に時間的に無段階で変化する量をコントローラ出力に乗じることによって反転を行うことができる。
【００４２】
レンジ変更操作の終了の時期ＩＩＩに例えば実際の制御偏差のもとで制御分の和をゼロとすることによって、上位の制御回路を円滑に割り込ませなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】無段変速装置を有する多レンジ変速機の原理図である。
【図２】変速比、回転数及びトルクを再現する図１の無段変速装置のモデルの図である。
【図３】レンジ切換え時の圧力及び変速比の経過の線図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 多レンジ変速機
２ 入力軸
３ 第１の変速機動力経路
４ 無段変速装置
５ 摩擦結合式シフト要素、摩擦クラッチ
６ 遊星歯車装置、エピサイクリックギヤ
７ 出力軸
８ 歯車式変速段
９ 第２の変速機動力経路
１０ 摩擦結合式シフト要素、摩擦クラッチ
１１ バリエータ
１２ 回転質量
１３ バリエータの入力軸
１４ スリップトルク伝達要素、コンバータ
１５ 変速比調整装置
１６ バリエータ出力軸
１７ 回転質量
１８ 軸
ω＿ｉｎ バリエータ入力軸の回転数
ω＿ｚ バリエータ回転数
ω＿ｏｕｔ バリエータ出力軸の回転数
ｉ＿ｖａｒ バリエータ変速比
ｉ＿ｖａｒ＿ｉｓｔ バリエータの実際変速比
ｉ＿ｖａｒ＿ｓｏｌｌ バリエータの基準変速比
ｐ＿ａｂ 切断されるシフト要素の圧力の経過
ｐ＿ｚｕ 接続されるシフト要素の圧力の経過
ｔ 時間
Ｔ＿ｖａｒ＿ｉｎ バリエータ入力トルク
Ｔ＿ｖａｒ＿ｏｕｔ バリエータ出力トルク
Claims (15)
- 少なくとも１個の動力分割段（８）及び少なくとも１個の動力加算段（６）並びにこれらの間に互いに並列に配置され、それぞれ少なくとも１個のシフト要素（５、１０）を有する少なくとも２個の変速機動力経路（３、９）からなり、変速機動力経路の１つ（３）に無段変速装置（４）が配置され、これによって各変速段で全変速機（１）の変速比の無段階調整が実現され、無段変速装置（４）で駆動力を中断せずにトルクを逆転してギヤチェンジが行われる自動車用多レンジ変速機において、レンジ変更の際にシフト要素（５、１０）の切換えと同時に行われる無段変速装置（４）の変速比調整によって、摩擦結合式に構成された少なくとも１個のシフト要素（５、１０）で負荷転移が行われることを特徴とする多レンジ変速機。
- 負荷転移が同期点で行われることを特徴とする請求項１に記載の多レンジ変速機。
- シフト要素（５、１０）がそれぞれ摩擦結合式に構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の多レンジ変速機。
- シフト要素（５、１０）の切換え時の無段変速装置（４）の変速比調整がバリエータ（１１）の性質に応じて行われ、接続されるシフト要素（５又は１０）は同期点で計算負荷がかかり、切断されるシフト要素（１０又は５）は負荷を解除されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の多レンジ変速機。
- 関与するシフト要素（５、１０）の負荷転移の際に行われる無段変速装置（４）の変速比調整が、新たな運転レンジの計算目標点でバリエータ（１１）の実際負荷トルクが変更されるようにして行われることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の多レンジ変速機。
- 同期点で接続されるシフト要素（５又は１０）の予定負荷が外力に応じて計算されることを特徴とする請求項４又は５に記載の多レンジ変速機。
- 同期点で接続されるシフト要素（５又は１０）の予定負荷の計算に、外力としてエンジントルク及び走行抵抗が含まれることを特徴とする請求項６に記載の多レンジ変速機。
- 所定のバリエータ調整に応じて得られるシフト要素（５、１０）の動力伝達率が、バリエータ（１１）の性質を確かめるための経験値であることを特徴とする請求項４ないし７のいずれか１つに記載の多レンジ変速機。
- バリエータ変速比制御が変速比調整のサーボ制御のための手段を有することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の多レンジ変速機。
- バリエータ（１１）の変速比調整のサーボ制御が変速機（１）の実際の運転状態量に応じて行われることを特徴とする請求項９に記載の多レンジ変速機。
- バリエータ調整とシフト要素調整の動挙動が少なくとも類似するときは、無段変速装置（４）とシフト要素（５、１０）の変速比調整が同時に行われることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の多レンジ変速機。
- 上位のエンジン回転数制御に接続された無段変速装置（４）のコントローラがレンジ変更操作の期間中は作動しないことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の多レンジ変速機。
- 上位のエンジン回転数制御に接続された無段変速装置（４）のコントローラの作用がレンジ変更操作の期間中に無段階的に逆転されることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の多レンジ変速機。
- レンジ変更操作の期間中に“＋１”から“−１”へ、又はその逆に変化する値をコントローラの出力に乗じることによって逆転が行なわれることを特徴とする請求項１３に記載の多レンジ変速機。
- 無段変速装置（４）がＣＶＴ変速装置、摩擦変速装置又は油圧変速装置であることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１つに記載の多レンジ変速機。
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