JP4107650B2 - 自動車トランスミッションの制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念による自動車トランスミッションの制御方法に関する。
【０００２】
この種の公知の方法では、トランスミッションギアが少なくともアクセルペダル位置と車両速度に依存して、記憶されたシフト特性マップに基づき自動的に切り替えられる（ＥＰ０５７６７０３Ｂ１）。ファジーロジック制御器によって、走行状態および自動車の負荷状態を表わす種々の信号が評価され、これに基づき制御信号が形成され、この制御信号によって相応のシフト特性マップへ切り替えられる。ここで負荷識別はトランスミッション出力側でのトルク勘定と関連している。トランスミッション出力側での差分トルクを計算することにより、走行抵抗の上昇が、前提となる基本車両負荷重量と異なることによるものなのか、または平坦地での走行ではないことによるものなのかを区別することができる。
【０００３】
少なくとも１つの前提と異なる場合、同じ機能が割当てられる。すなわちシフト点が比較的に高い速度に向かってスライドされ、これにより頻繁なシフトダウンとシフトアップの繰り返しが回避される。ここではシフト特性曲線が切り替えられるか、または比較的に高い車両速度に向かってスライドされる。しかし車両負荷重量の増大した走行と勾配路での走行とをこのように同じように処理することは常に望ましいものではない。シフト特性曲線をこのようにスライドさせることは燃料消費の増大に結び付く。なぜならシフトアップが比較的に高い機関回転数のときに初めて行われるからである。他方では、車両負荷重 量が増大した場合での加速の際に生じるシフトアップ、シフトダウンの繰り返しを、燃費に最適なシフト特性曲線を使用した場合でも回避することは十分に可能である。
【０００４】
従って本発明の課題は、シフト特性マップを自動車の負荷状態に良好に適合することのできる、自動車トランスミッションに対する制御方法を提供することである。
【０００５】
この課題は、請求項１記載の構成を有するトランスミッション制御により解決される。本発明の有利な改善形態は従属請求項に記載されている。
【０００６】
自動車の瞬時の走行状況を表わす種々の信号が評価され、ここから瞬時の走行状況を表わす調整信号がシフト特性マップの選択のために形成される。この調整信号に依存して、相応のシフト特性マップへの切り替え、またはシフト特性マップのスライドが行われる。トランスミッションギアは次に選択されたシフト特性マップに基づいて自動的にシフトされる。本発明によれば、瞬時の走行路勾配を表わす信号も評価し、
瞬時の走行路勾配を表わす信号に依存して第１調整信号を形成し、該第１調整信号は瞬時の車両負荷重量を表すものであり、
該車両負荷重量を表す調整信号に依存せず、かつ瞬時の走行路勾配を表わす信号に依存して第２調整信号を形成し、該第２調整信号は瞬時の走行路勾配および瞬時の空気抵抗を表わすものである。
【０００７】
このように自動車の負荷状態を区別することにより、シフト特性マップを選択する際に車両負荷重量の増大を勾配路の走行とは別に評価することができる。また向かい風や自動車の付加的な構造物による空気抵抗の高まりを評価することができる。
【０００８】
本発明の実施例を以下、図面に基づき説明する。
【０００９】
図１は、駆動トレーン制御部のブロック回路図である。
【００１０】
図２は、ＩＰＭ制御部のブロック回路図である。
【００１１】
図３は、車両負荷重量が増大した場合の加速過程に対するシフト特性マップである。
【００１２】
概略的に示された自動車の駆動トレーン制御部１は電子機関制御部（ＥＭＳ）２と電子トランスミッション制御部（ＥＧＳ）３を含み、これらは相互にインタフェース４を介して通信し、自動車の動作パラメータについてのデータおよび制御信号をとりわけ物理的記述パラメータの形態で相互に交換する。機関制御部２は信号をアクセルペダル６の信号を受信し、また３つの制御信号出力端を有する。すなわちスロットルバルブに対する信号出力端８，燃料噴射に対する信号出力端８および自動車機関の点火角を制御するための信号出力端１０である。信号出力端８を介して自動車のスロットルバルブを操作する電気モータ１２が制御される。信号出力端９と１０を介してアクチュエータ１３ないし１４が制御され、噴射すべき燃料量および機関の点火角を調整する。これらのアクチュエータは圧電式アクチュエータまたは誘導性アクチュエータとして構成されている。
【００１３】
トランスミッション制御部３は、シフト制御部またはＩＰＭ制御部１６を含んでおり、これは駆動トレーンを統合的に、すなわち全体的に制御する。ＩＰＭはIntegrated Powertrain Management に対するものであり、とりわけシフトストラテジーを設定する。ＩＰＭ制御部は線路１８，１９，２０を介して機関制御部２から、機関トルクの種々の値についてのデータを受け取る。線路２１を介してさらに、自動車の運転者により設定された機関目標トルクについての情報またはアクセルペダル６の位置についての情報も受け取る。
【００１４】
線路２２を介してＩＰＭ制御部１６はトランスミッションのそれぞれの被駆動回転数を受信する。この被駆動回転数は、車輪回転数および引いては所定の比で自動車の速度に相応する。線路６０を介してＩＰＭ制御部１６は瞬時の走行路勾配についての情報を例えばナビゲーションシステムから受け取る。分岐する信号線路２３，２４を介してＩＰＭ制御部１６は調整すべき目標ギアまたは目標変速比を、シフト移行制御部２６および第１の判断回路２７並びに第２の判断回路２８に送信する。これら２つの判断回路２７，２８は双方向線路２９を介して相互に接続されている。
【００１５】
走行ストラテジーおよびそれぞれの走行状況に関連するすべての情報は線路２５を介してシフト移行制御部２６に達する。このシフト移行部は第２の判断回路２８に線路３０を介して制御信号を送信する。この制御信号により機関トルクの時間的導関数、すなわち機関トルクにより走行される速度が制御される。
【００１６】
第１および第２の判断回路２７，２８の各信号出力端は信号線路３２ないし３３を介してスイッチ３４の端子と接続されている。ＩＰＭ制御部１６により制御されるスイッチ３４は第１の判断回路２７の出力端または第２の判断回路２８の出力端を加算器３６と接続する。加算器の出力端は線路３７を介して機関制御部２，とりわけ機関制御部のマイクロプロセッサ３８と接続されている。線路３７を介してトランスミッション制御部３は機関制御部２に所要の機関トルクを通知する。線路３５を介して第２の判断回路２８にはタイムクロックが印加される。このタイムクロックによりトランスミッション制御部３の制御を機関制御部２の制御から分離することができる。線路３９はシフト移行制御部２６を加算器３６の入力端と接続する。
【００１７】
加算器３６の他方の入力端には運転者により要求された機関トルクが入力される。このいわゆる運転者意志トルクはシフト過程の外でＩＰＭ制御部１６により補正される。シフト過程の間、これはシフト移行制御部２６により補正される。スイッチ３４はこれによりシフト過程以外の制御と、シフト過程内の制御またはシフト過程中の制御とを区別する。
【００１８】
クラッチ制御部４０はＩＰＭ制御部１６から、線路２５から分岐する線路４１を介して走行ストラテジーとそれぞれの走行状況に関連するすべての情報を受け取り、線路４２を介してクラッチの目標位置と伝達される機関トルクに関する情報を受け取る。線路６０を介してクラッチ制御部４０は瞬時の走行路勾配に関する情報も受け取る。クラッチ制御部４０は線路４３を介して出力信号をＩＰＭ制御部１６に送信する。出力線路４４を介してクラッチ制御部は実際のクラッチ位置を機関制御部２に通知する。
【００１９】
線路４１はまた第２の判断回路２８に接続されている。これによりこの第２の判断回路には走行ストラテジーおよびそれぞれの走行状況に関連するすべての情報が達する。（信号）線路４１の経過および線路４１自体は分かり易くするため概略的にしか図示されていない。
【００２０】
クラッチ制御部４０は制御線路４５によってクラッチアクチュエータ４６と接続されており、クラッチアクチュエータは駆動トレーン１のここに図示しないクラッチを制御する。線路４７はシフト移行制御部２６をクラッチ制御部４０と接続する。この線路４７を介してクラッチの制御はシフト過程と関連付けられる。
【００２１】
シフト移行制御部２６は複数の制御線路４８（ここでは１つの多重線路として図示されている）により電子機械的または電子液圧的トランスミッションアクチュエータ４９と接続されている。トランスミッションアクチュエータはギアチェンジをここに同様に図示しないトランスミッションで実行する。これは公知のようにトランスミッションのシフトレバーを操作することにより行われる。このトランスミッションアクチュエータはここで制御命令を、シフトレバーの縦運動および回転運動に変換する。回転運動は小路選択に用い、縦運動はトランスミッションギアのシフトインまたはシフトアウトに用いる。
【００２２】
以下説明するトランスミッション制御部３の回路ブロックはこの実施例では全体でＩＰＭ制御部１６の構成部材である。ＩＰＭ制御部１６は駆動トレーンの制御の中央部かつ重要部である。このＩＰＭ制御部は個々の構成部材全体の機能を統合する。従ってＩＰＭ制御部はメタコントローラと称される。ＩＰＭ制御部１６はここではトランスミッション制御部３に含まれているように図示されているが、このことは必須ではない。ＩＰＭ制御部は例えば機関制御部２に収容することもできる。
【００２３】
ＩＰＭ制御部１６には信号処理部５０が設けられている（図２）。信号処理部５０では瞬時の走行状況を表わす種々の信号、とりわけ線路６０を介して供給された、瞬時の走行路勾配についての情報が処理される。
【００２４】
ここで走行路勾配についての情報は直接的に勾配角αを含むか、または生じた勾配ｓｉｎαを含むことができる。同様に情報は高度情報ｈの形態で得ることができ、これから走行路勾配を計算することができる：
ｓｉｎα＝（ｈ２−ｈ１）／ｓ （１）
ここでｓは高度ｈ１から高度ｈ２に達するまでに走行した行程長である。
【００２５】
ここで高度または勾配情報はナビゲーションシステムから、または無線チャネル（ＧＰＳまたはＵＭＴＳ）を介して得ることができる。自転車コンピュータにしばしば使用されるような傾斜センサまたは気圧高度計を使用することも可能である。
【００２６】
信号処理部５０の入力信号はセンサ、他の制御装置またはその他の情報源から発生する。これらの入力信号はさらに処理可能なパラメータに変換され、またこれらの信号から導出されたパラメータが計算される。
【００２７】
評価された信号は、有利にはファジーシステムとして構成された評価回路５１に供給され、そこで評価され、相互に結合される。評価に依存して調整信号が形成され、この調整信号はシフト特性マップ選択回路（略して：ＳＫＦ選択部）５２に供給される。このＳＫＦ選択部５２では引き続き調整信号に依存して相応のシフト特性マップが選択される。ここでは別の特性マップに切り替えるか、または既存の特性マップをスライドすることができる。
【００２８】
駆動トレーン制御部１をそれぞれの駆動状況で重要な基準に従って個別に最適化する上で重要なことは瞬時の走行状況または走行操作を確実に識別することである。ＩＰＭ制御部１６により実現される適応型シフトストラテジー内での走行状況識別によって、走行出力要求をその強度の点だけでなく、そのダイナミックな要求の点でも分類することができる。
【００２９】
従来の駆動トレーン制御部では、冒頭に述べたＥＰ０５７６７０３Ｂ１に記載のように、信号処理部５０で差分トルクｔ_{q_dif}が形成される。そしてこの差分トルクに基づいて走行抵抗の上昇が識別される。ここで差分トルクｔ_{q_dif}は次のようにして計算される：
ｔ_{q_dif}＝ｔ_{q_eng}＊ｉ_tr＊ｉ_a−ｔ_{q_drg}−Ｊ＊(ｄｎａｂ／ｄｔ) （２）
ここで
ｔ_{q_eng}：クラッチにより伝達される駆動トルク
ｉ_tr：トランスミッション変速比
ｉ_a：ファイナルレシオ
ｔ_{q_drg}：転がり抵抗
Ｊ：公称車両慣性
（ｄｎａｂ／ｄｔ）：駆動回転数の加速度
である。
【００３０】
差分トルクに対して択一的に、相応するパラメータ、例えばＥＰ０５７６７０３Ｂ１の記載に相応する差分力を計算することもできる。式（２）はトランスミッション被駆動部でのトルク勘定を表わし、前提とされた基本車両負荷重量（通常はタンク半量のガソリンと一名乗車での最小負荷重量）での走行と比較して、平坦な区間での走行抵抗の上昇を識別するために用いられる。
【００３１】
負荷状況において「車両負荷重量の増大」と「走行路勾配」とを区別できるようにするためには、差分トルクを基準にした微分が必要である。
【００３２】
第１の差分トルクｔ_{q_dif_rd}は、車両負荷重量の増大に依存しないで発生する、トランスミッション被駆動部におけるすべての付加的走行抵抗ないし負荷トルクを表わす。具体的には走行路勾配の影響、および走行路状態または場合による向かい風の影響が考慮される。同様にこのようにして、例えば車両の付加的構造物により惹起される空気抵抗値（ｃｗ値）も考慮される。第１の差分トルクｔ_{q_dif_rd}はつぎのようにして計算される：
ｔ_{q_dif_rd}＝ｔ_{q_eng} ＊ｉ _tr ＊ｉ_a−ｔ_{q_drg}−ｋ＊ｍ_real＊（ｄｎａｂ／ｄｔ） (3)
ここで
ｍ_real：瞬時の車両質量、全体質量、
ｋ：定数
である。
【００３３】
第１の差分トルクｔ_{q_dif_rd}を計算するために、瞬時の車両質量が既知でなければならない。車両質量を検出するためにまず第１の差分トルクｔ_{q_dif_rd}が次式に従い近似される：
ｔ_{q_dif_rd}＝ｋ＊ｇ＊ｍ_real＊ｓｉｎα （４）
ここで
ｇ：重力加速度
ｓｉｎα：走行路勾配
である。この項は勾配抵抗に相応する。すなわち走行抵抗または付加的トルクの上昇のうち、走行路の上り勾配に起因する成分に相応する。
【００３４】
式（４）を式（３）に代入し、項をｍ_realについて解くとｍ_realの計算のために次式が得られる：
ｍ_real＝（ｔ_{q_eng}＊ｉ_tr＊ｉ_a−ｔ_{q_drg}）／
（ｋ＊（ｄｎａｂ／ｄｔ）＋ｋ＊ｇ＊ｓｉｎα） （５）
信号処理部５０には本発明により線路６０を介して走行路勾配についての情報が供給されるから、車両質量を検出することができ、これにより第１の差分トルクｔ_{q_dif_rd}を計算することができる。車両質量ｍ_realは連続的に、またはそれぞれの走行サイクルの開始時に、すなわち自動車の停止後の最初の運転開始時に検出することができる。
【００３５】
第１の差分トルクとｔ_{q_dif_rd}同様に、もっぱら車両負荷重量の増大により生じる付加的走行抵抗を表わす第２の差分トルクｔ_{q_dif_wgt}も得られる：
ｔ_{q_dif_wgt}＝ｋ＊（ｍreal−ｍ_nom）＊
（（ｄｎａｂ／ｄｔ）＋ｇ＊ｓｉｎα） （６）
ここで
ｍ_nom：基本車両負荷重量の公称質量である。
【００３６】
このパラメータも走行路勾配が既知であり、車両質量が検出可能であれば計算することができる。
【００３７】
車両状況において「車両負荷重量の増大」と、「上り勾配走行」または「向かい風での走行」または「高まったｃｗ値での走行」とを同じように取り扱うことは、式（１）による全体差分トルクの計算によって必然的に生じることであるが、このことは必ずしも常に望ましいものではない。式（１）による全体差分トルクの計算の際に、走行抵抗の増大が識別されると、シフト特性曲線がスライドされ、シフトアップが比較的に高い機関回転数の際に初めて行われる。しかしこのことは必然的に燃料消費の増大につながる。このことは車両負荷重量が増大した場合の加速過程において、シフトダウン、シフトアップの繰り返しが、シフトアップ特性曲線をスライドせずに、シフトダウン特性曲線を比較的小さな車両速度に向かってスライドすることにより回避されたとしても当てはまることである（図３）。このようにして燃料消費は増大しなくなるが、それでもなお頻繁なシフトチェンジを回避するための十分なヒステリシスがシフトアップ特性曲線とシフトダウン特性曲線との間で設定される。ここでは車両負荷重量が増大した場合の加速過程は、上り勾配を走行する場合に対して比較的に短いことも考慮される。運転者が車両負荷重量の増大した場合での加速の際にさらに大きな走行出力を必要とすれば、このことはシフトアップ特性曲線を比較的に高い走行速度にスライドすることによって実現される。これはＥＰ０５７６７０３Ｂ１に記載のように運転者分類を介して行われる。
【００３８】
自動車の負荷状況をこのように区別できるようにするため、２つの差分トルクｔ_{q_dif_rd}およびｔ_{q_dif_wgt}が異なって処理される。このために有利な実施形態では、すでに述べたようにファジーシステムの形態の評価回路５１が使用される。ファジーシステム内では別の走行パラメータ、例えば車両速度、運転スタイル等が差分トルクｔ_{q_dif_rd}および／またはｔ_{q_dif_wgt}と結合され、このようにしてシフト特性曲線のスライド程度はＳＫＦ選択部５２により異なって作用される。シフト特性曲線をスライドする代わりに、もちろん適切な他のシフト特性曲線を選択することもできる。
【００３９】
瞬時の走行路勾配についての情報は評価回路５１で直接的にも使用するができる。このようにして山岳走行時の持続的制動過程も識別することができ、制動作用をトランスミッションシフトダウンによって支援することができる。
【００４０】
瞬時の走行路勾配についての情報がＩＰＭ制御部１６およびクラッチ制御部４０にナビゲーションシステムまたは無線チャネルを介して供給されるならば、このことは自動車駐車後の車両静止状態であっても情報を得ることができるという利点を有する。これにより多段トランスミッションの場合は目前の発進のために最適のギアを挿入することができる。例えば上り坂の発進の際には絶対に第１段が必要である。これに対して平坦路の場合は第２段で十分である。同じようにクラッチも最適に制御することができ、これにより例えばスリップフェーズ、引いては摩耗を最小にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、駆動トレーン制御部のブロック回路図である。
【図２】 図２は、ＩＰＭ制御部のブロック回路図である。
【図３】 図３は、車両負荷重量が増大した場合の加速過程に対するシフト特性マップである。

Claims (3)

1. 自動車の瞬時の走行状況を表わす種々の信号を評価し、そこから瞬時の走行状況を表わす調整信号を、シフト特性マップの選択のために形成し、
   該調整信号に依存して相応のシフト特性マップへの切り替えを行い、またはシフト特性マップをスライドし、
   トランスミッションギアを選択されたシフト特性マップに基づいて自動的にシフトする形式の自動車トランスミッションの制御方法において、
   瞬時の走行路勾配を表わす信号も評価し、
   瞬時の走行路勾配を表わす信号に依存して第２の調整信号を形成し、
   該第２の調整信号は、車両重量の増大分により惹起される付加的走行抵抗を表すものであり、
   前記第２の調整信号に依存せず、かつ瞬時の走行路勾配を表わす信号に依存して第１の調整信号を形成し、
   該第１の調整信号は、瞬時の走行路勾配および瞬時の空気抵抗に惹起される走行抵抗を表わすものであり、
   瞬時の走行路勾配を表わす信号に依存して瞬時の車両質量（ｍ _real ）を検出し、
   前記瞬時の車両質量に依存して：
   前記第１の調整信号として、第１の差分トルク（ t _{q_dif_rd} ）、すなわち瞬時の走行路勾配および瞬時の空気抵抗により惹起される走行抵抗を表わす、車両のトランスミッション出力側での相応のパラメータを計算し、
   前記第２の調整信号として、第２の差分トルク（ t _{q_dif_wgt} ）、すなわち瞬時の車両重量の増大分により惹起される付加的走行抵抗を表わす、車両のトランスミッション出力側での相応のパラメータを計算し、
   前記第 1 の差分トルク（ t _{q_dif_rd} ）は次式により近似され、
   t _{q_dif_rd} = k * g * m _real * sin α
   ただし
   g ：重力加速度、
   sin α：走行路勾配
   m _real ：瞬時の車両質量、全体質量
   k ：定数であり、
   前記第２の差分トルク（ t _{q_dif_wgt} ）は次式から得られる、
   t _{q_dif_wgt} = k * (m _real -m _nom ) * (dnab/dt + g * sin α )
   ただし
   m _nom ：基本車両負荷重量の公称質量、
   dnab/dt ：駆動回転数の加速度
   である、
   ことを特徴とする方法。
2. 瞬時の走行路勾配を表わす信号を、ナビゲーションシステムまたは無線チャネルを介して伝送する、請求項１記載の方法。
3. 瞬時の走行路勾配を表わす信号は車両静止状態でも評価する、請求項２記載の方法。

Images