JP5150497B2 - アイドリング運転モードにおける大型車両用の自動または半自動マニュアルトランスミッションを駆動する方法 - Google Patents

Description

本出願は、２００６年９月７日に出願された米国特許仮出願第６０／５９６，１８６号の利益を主張する。本出願は、明細書においてその全体を参照し援用する。

本発明は、商用車、特に、大型トラックやバスなどの車両用の駆動系制御ストラテジーに関する。

陸送トラックおよびバス（本明細書において説明のために交換可能である）などの大型車両の運転において、しばしば長時間にわたり比較的低速走行が必要となることは公知である。例示的な状況として、渋滞の中や貨物駅周辺といった高速走行できない状況が挙げられる。最近の大型車両は一般的に、半自動トランスミッションまたは機械式自動トランスミッションまたはパワーシフト自動トランスミッションを備える。上記のいずれの場合も、トランスミッションストラテジーを利用してギヤを選択するとともに、コンピュータ制御ストラテジーを利用して選択的にギヤを結合する。また、ステップトランスミッションにおいては、異なるギヤ間でのトルク伝達に使用する幾つかの歯車およびシャフトが、クラッチなどの連結装置によって、互いに回転可能に固定されている。板クラッチなどの摩擦連結装置ではトルクが実質的に摩擦力によって伝達されるのに対し、爪クラッチなどの噛合式連結装置ではトルクが実質的に垂直力によって伝達される。入手可能な異なるステップトランスミッションの型式間の違いは、クラッチ操作、ギヤ選択、およびギヤ選択の実行にあるといえる。機械式自動トランスミッションでは、クラッチの操作、ギヤ選択、およびギヤ選択の実行を、運転者を介さず自動的に実行する。手動トランスミッションでは、運転者がクラッチの操作、ギヤ選択、およびギヤ選択の実行を行う必要がある。手動トランスミッションは、概して機械連結式である。半自動トランスミッションでは、クラッチの操作、ギヤ選択、およびギヤ選択の実行の１つまたは複数を、トラック運転手が行う。半自動トランスミッションは機械式トランスミッションであってもよい。機械連結式トランスミッションには、噛合式連結装置がある。機械連結式トランスミッションでは通常、ギヤシフトの間、トルクの伝達が中断する。主にパワーシフトトランスミッションに摩擦連結装置が見られ、その場合、ギヤシフト中にもトルクが伝達される。パワーシフトトランスミッションは通常、自動または半自動である。機械連結式自動トランスミッションは、機械式自動トランスミッションと呼ばれる。そのようなトランスミッションには、トランスミッション操作を自動で行うコントローラを備えた手動トランスミッションを使用してもよく、また、特に手動トランスミッションに基づかず自動式に設計されてもよい。以下、機械式自動トランスミッションおよびパワーシフト自動トランスミッションを自動トランスミッションと呼ぶ。

大型車両を低速かつ等速走行させたい場合、運転者はかねてより、適当なローギヤを選択し、アイドリング状態のエンジン動力で車両を前後させながら進行させてきた。特に所望の速度および大型車両の荷重に応じた種々のローギヤを選択できる。

しかしながら、選択可能なローギヤは、所定のアイドリング速においてエンジン回転から各ギヤ内に生じ得るトルクによって制限され、さらに、任意の時節に使用できるギヤの範疇は、走行環境に加え車両状態によっても制限され得る。使用できるギヤの範疇を左右する２つの主な要素は、車両の質量（荷重を含む）および地面の傾斜である。少なくとも部分的に、この２つの要素各々に基づいて、エンジンがトルク能力不足によって失速することなく、アイドリング状態で実質的な等速を維持することができる、トランスミッションの最高ギヤを決定できる。これまで運転者は、そのようなアイドリング走行時の初期ギヤを、経験に頼って選択してきた。所望の走行速度を実現し、また例えば６５０ｒｐｍといったアイドリング状態のエンジン回転数で生じるトルクを利用して速度を維持できるよう、ギヤを選択してアップシフトまたはダウンシフトしていた。

エンジンがアイドリング状態で等速を維持できる最高ギヤを選択することによって生じる駆動状態がわかれば、それを基にギヤを決定、結合し、車両を推進できることが理解できよう。しかし、最高ギヤ比では、所望よりも高速の対地速で車両が移動することがある。すなわち、たとえば大型トラックの走行速度が、エンジンのアイドリング状態の現状維持に必要な速度よりも低速の場合がある。上述のように、これまで、エンジンをアイドリングさせつつ所望の車両速度を実現するには、運転者自身が試行錯誤による経験則によって典型的な低速ギヤの範疇から適当なギヤを選択してきた。

運転者が試行錯誤的に手探り状態で行うこの類のギヤ選択では明らかに、とりわけトラックの低速走行下において運転者がギヤ選択のために必要以上に神経質になり得る、という欠点がある。さらに、頻繁なギヤチェンジおよび調節は非効率的である上、所定のアイドリング速で所望の車両速度を維持できる適当なギヤ選択がなされない場合、燃費が悪くなる。したがって、そのようなギヤ選択を少なくとも半自動ベースで行い、運転者による判断を最小限に抑える、または皆無にする駆動系制御システムが求められてきた。

アイドリング走行下では、ブレーキ操作、エンジンブレーキまたは他の減速手段によって車両を減速すると、それに対応してトランスミッションがダウンシフトする。従来のトランスミッション制御装置においても、車両速度によってトランスミッションをダウンシフトしていた。すなわち、所望のダウンシフトを実現するには、運転者が車両を減速させるしかなかった。従って、運転者が車両減速を必要とせずに所望のダウンシフトを実現できる駆動系制御システムが求められている。

本発明の少なくとも１つの実施形態において、アイドリング走行時、大型車両の半自動または自動トランスミッションを操作する方法を示す。本方法は、図１に示すように、アイドリング状態でエンジンを駆動させるだけの燃料を大型トラックエンジンに供給すること（ブロック１０）を有する（含むが、必ずしもそれに制限されない）。別のステップにおいて、本方法は、半自動または自動トランスミッションを、トランスミッションの始動ギヤより高速ギヤに入れて、トラックがアイドリング状態のエンジン動力で、ほぼ等速な第１速で走行できるようにする。交通事情および環境要求によってより低速走行が必要な場合は、運転者がトラックのブレーキペダルを踏み込むこと（ブロック２０）によって半自動または自動トランスミッションはダウンシフトし（ブロック３０）、次にトラックをアイドリング状態のエンジン動力で、ほぼ等速な第２速で走行させる（ブロック４０）。この場合、ほぼ等速な第２速は必然的に、ほぼ等速な第１速より低速となる。本発明の別の実施形態において、アイドリング走行時、大型車両の半自動または自動トランスミッションを操作する方法を示す。この方法は、図２に示すように、アイドリング状態でエンジンを駆動させるだけの燃料を大型トラックエンジンに供給すること（ブロック１００）を含む（含むが、必ずしもそれに制限されない）。別のステップで、本方法は、半自動または自動トランスミッションを、トランスミッションの始動ギヤより高速ギヤに入れて、トラックが、アイドリング状態のエンジン動力でほぼ等速な第１速で走行させる（ブロック１４０）。交通事情および環境要求によってより高速走行が必要な場合は、運転者は、トラックのアクセルペダルを踏み込むこと（ブロック１２０）によって半自動または自動トランスミッションをアップシフトし（ブロック１３０）、次にトラックをアイドリング状態のエンジン動力でほぼ等速な第２速で走行させる（ブロック１４０）。この場合、ほぼ等速な第２速は必然的に、ほぼ等速な第１速より高速となる。

好適な実施形態において、車両の常用ブレーキペダルをバンプ踏み込み（短時間の浅い踏み込み）して、半自動または自動トランスミッションをダウンシフトする。別の実施形態において、車両のアクセルペダルをバンプ踏み込みして、半自動または自動トランスミッションをアップシフトする。

次に、添付図面を参照しながら、例示によって本発明をより詳細に説明する。

大型トラックやバスなどの商用車は一般的に、コンピュータ制御式サブシステムを有する。そのようなシステムは通常、図３に示すようにある程度は、少なくともエンジン３００と、ここでいうトランスミッション３１０とを含む。現時点では、エンジン３００およびトランスミッション３１０用のコンピュータベース制御システムを導入し、およびその間での情報交換ができることによって、その２つのサブシステムを自動的に協調させ、燃費および加速に加え、運転者の快適性および運転性能の良さを追求できる。そのようなコンピュータベース制御システムを使用することにより、運転者の負担が大幅に軽減されるとともに、初心者でも熟練者のように車両を制御できる。ギヤセレクタ３４０により、運転者は、自動式、手動式および低速運転モードを含むが、それらに制限されない運転モードを含む選択肢から、適切なギヤを選択できる。

上述したように、渋滞の中や貨物駅周辺といった高速走行できない状況や、比較的低速かつほぼ一定速での走行が必要な場面がしばしばある。進行方向は前方または後方のいずれもあり得るが、前進速を選択する場面の方が多いことは理解できよう。

原動機３００から動力を供給する陸送トラック等の大型車両において一般的に、エンジン制御ストラテジーで、所定のアイドリング速がプログラムされている。原動機は好ましくは、ディーゼルエンジンであるが、電気モータ、ガソリンエンジン、又上記装置の２つ以上を組み合わせたハイブリッドエンジンなどの、車両を推進するように構成された他の装置を含むことができる。当業者には標準トルク曲線から理解できるように、エンジンは、このアイドリング速で最大トルク出力が可能である。車両の可変特性は、様々な路面コンディション同様、走行抵抗となる。車両の走行抵抗に影響を与え得る各カテゴリ（車両対環境）には、幾つかの変数があるが、２つの主な変数として、車両質量および地面傾斜角度が挙げられる。現時点では、適当な装置を備えた車両では、これらの両方の特性を数値化できるので、これらの変数は既知数として本発明による計算およびギヤ選択に用いられる。

運転者がアイドリング速での走行を必要とする代表的かつ例示的な状況として、渋滞への接近や遭遇が挙げられる。運転者が低速走行の必要性を察知すると、まず、アクセルインプットを解除し（アクセルから足を退ける）、より低速走行パターンまたは区域の方へ惰力運転を始める。本発明は、そのような事象（車両をより一定かつ低速走行する必要）を検出すること、および車両質量および道路傾斜角度などの一定の測定値または算出値を基にトランスミッションの最高ギヤを選択し、エンジンのアイドリング速で生じる可能トルクを利用した最高速度で車両を推進することを想定している。プログラムされたロジックでは、現状下での車両の走行抵抗を評価／測定／決定／計算し、自動的に選択された適当なギヤを結合することによって、本質的に、その抵抗をアイドリング状態のエンジン最大トルク能力と一致させる。

所定のルーチンによって、車速が低下し、その所定のアイドリング走行速に最終的に到達してもなお、車両はその速度を維持して走行する。

しかし、この最高アイドリング走行速度ではたいてい、現在の交通事情または現状に対応するには不十分であり、運転者はさらに低速走行しなければならない。このような事態が日常的にあることを受け、本発明によって、自動式ダウンシフトを容易に作動でき、運転者の負担を軽減できる。例示的な実施形態において好ましくは、バンプ踏み込みを受けてトランスミッションを１段または複数段だけダウンシフトするアクチュエータとして、制御ペダルを使用する。結果、車両は、エンジンのアイドリング状態下で所望の速度比を達成し走行する。車両の制御ペダルには、アクセルペダル３３０、および常用ブレーキペダル３２０を包含するブレーキペダルが含まれる。常用ブレーキペダル３２０は、減速しながら停止するといった通常運転において、車両ブレーキ制御に使用するペダルである。一部の大型車両は、多重常用ブレーキペダル３２０を備える。同様に、制御ペダルの１つ、好ましくはアクセルペダル３３０をバンプ踏み込みすることによって、アップシフトが可能である。アイドリング運転モードを維持しつつ加速させたい場合、アップシフトが行われる。

制御ペダルのバンプ踏み込みからギヤを選択する方法は、様々な形で実施されている。例示的な一実施形態において、常用ブレーキのバンプ踏み込みを検出するにはブレーキ灯センサを使用する。ブレーキ灯センサがブレーキのバンプ踏み込みを検知するには、常用ブレーキペダルを十分に踏み込む必要がある。したがって、車両ブレーキを掛ける必要はない。別法として、別の形式のブレーキペダル踏み込みセンサを、ブレーキ灯センサから独立的に使用できる。別の実施形態において、ブレーキペダルの踏み込み時に信号を送って、車両ブレーキを掛けずにダウンシフトする。

アクセルペダル３３０を含む他の制御ペダルによるバンプ踏み込み検出方法は、ブレーキペダルの踏み込みを検出するための上記方法に類似している。ペダルがアクセルペダル３３０のようにセンサを備える場合、そのセンサをバンプ踏み込みの検出用に使用できる。ペダルは、バンプ踏み込みの検出専用の特別なセンサを有することもでき、あるいは、ペダルがそのようなバンプ踏み込みを検出できるセンサを有していない場合は、バンプ踏み込みの検出専用の特別なセンサが必要であろう。

ペダルを踏み込むべき程度は、ペダルおよび様々な車両に応じて可変である。ブレーキ遅れを防止するために、ブレーキペダル３２０は、車両ブレーキを掛けないブレーキ行程第１部分を使用する。例示的な一実施形態において、この部分が占める割合は、ブレーキペダル３２０の全行程の２５パーセント未満である。車両ブレーキがより早く掛かる場合、必要に応じてその分をそれぞれの踏み込み量を調節できる。バンプ踏み込み時間は、概して非常に短い。一実施形態において、バンプ踏み込み時間は、２秒未満である。

別の好適な実施形態において、トランスミッションを連結して多重ダウンシフトを行う方法を示す。幾つかの異なった方法で、ブレーキペダル３２０を踏み込んでダウンシフトできるが、以下に２つの実施形態を説明する。ペダル３２０を、ダウンシフトコマンドをトリガしてトランスミッションに送る点まで踏み込むと、最低ギヤまでダウンシフトを続ける。ブレーキペダル３２０を踏み込み続けると、自動クラッチの場合、クラッチが切り離される。別の実施形態において、ブレーキペダル３２０をバンプ踏み込みし、一旦開放してから再びバンプ踏み込みする。これらのそれぞれのバンプ踏み込み手順を経て、トランスミッションがダウンシフトされる。この手順は、最低ギヤに達するまで繰り返し可能である。自動クラッチの場合、ブレーキペダル３２０をさらにバンプ踏み込みすると、クラッチが切り離される。すなわち、ブレーキ３２０のバンプ踏み込みによって、運転者が通常のトランスミッションの自動制御を中断して、ダウンシフトを制御できる。これは、車両がアイドリング運転モードで走行中可能である。上記手順は、ブレーキペダル３２０に関連して説明してきたが、車両のバンプ踏み込みダウンシフトに使用する任意の制御ペダルであってもよい。

別の好適な実施形態において、トランスミッションを連結して多重アップシフトを行う方法を示す。幾つかの異なった方法で、アクセルペダル３３０を踏み込んでアップシフトできるが、以下に２つの実施形態を説明する。ペダル３３０を、アップシフトコマンドをトリガしてトランスミッションに送る点まで踏み込むと、アイドリング走行可能な最高ギヤまでアップシフトを続ける。別の実施形態において、アクセルペダル３３０をバンプ踏み込みし、一旦開放してから再びバンプ踏み込みする。これらのそれぞれのバンプ踏み込み手順を経て、トランスミッションがアップシフトされる。この手順は、アイドリング走行可能な最高ギヤに達するまで繰り返し可能である。すなわち、アクセルペダル３３０のバンプ踏み込みによって、運転者が通常のトランスミッションの自動制御を中断して、アップシフトを制御できる。これは、車両がアイドリング運転モードで走行中可能である。上記手順は、アクセルペダル３３０に関連して説明してきたが、車両のバンプ踏み込みアップシフトに使用する任意の制御ペダルであってもよい。

低速走行の必要が無くなり、再び車両を加速してより高速走行しようとすることが必然かつ頻繁に起きる。そのためには、アクセルペダルを踏み込むが、通常のトランスミッションプログラミングの場合、踏み込みの程度に応じて、エンジンの加速に伴うトルクの増加に対し、ダウンシフトを行う。しかし、運転者の快適性および燃費といった然るべき理由から、車両がアイドリング走行モードから脱するとき、そのようなダウンシフトが抑止され、アイドリング運転時と同じギヤ結合を維持することが望ましい。車両速度が十分に増加すると、正規の運転トランスミッション制御ストラテジーが動作を再開する。

上記のように、コンピュータベースのトランスミッション制御は、大型商用車のアイドリング速運転をより容易かつ効率的にするとともに、一旦構築したアイドリング走行状態を徐々に解除して、円滑かつ経済的に通常速度での走行状態に復帰する簡便な手順を提供する。

アイドリング運転モードにおいて、半自動または自動トランスミッションをダウンシフトする一方法を示すフローチャートである。 アイドリング運転モードにおいて、半自動または自動トランスミッションをアップシフトする一方法を示すフローチャートである。 ブレーキおよびアクセルペダルの制御部とエンジンおよびトランスミッションとの接続を示す図である。

Claims (10)

1. アイドリング運転モードにおいて大型車両の自動または半自動マニュアルトランスミッション（３１０）を操作する方法であって、
   アイドリング状態で大型車両のエンジン（３００）を駆動できるだけの燃料を前記エンジンに供給すること、および
   前記自動トランスミッションを、前記トランスミッションの始動ギヤより高いギヤに連結して、前記大型車両が、アイドリング状態のエンジン動力によって、第１速で実質的に等速走行できるようにすることを含み、
   前記大型車両の常用ブレーキペダル（３２０）を踏み込むことによって前記自動トランスミッションをダウンシフトし、前記ダウンシフトは、前記常用ブレーキペダルの２秒未満の時間のバンプ踏み込みによって行われ、次いで、前記大型車両をアイドリング状態のエンジン動力で、前記第１速の実質的な等速よりも低速である、第２速で実質的に等速走行させることを特徴とする、前記方法。
2. 前記常用ブレーキペダルの前記バンプ踏み込みは、前記常用ブレーキペダルの全可動域の四分の一未満の程度であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記常用ブレーキペダルの前記バンプ踏み込みは、ブレーキ灯センサによって検出されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記常用ブレーキペダルの前記バンプ踏み込みは、車両常用ブレーキを掛けないことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
5. 前記常用ブレーキの前記バンプ踏み込みは、専用センサによって検出されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
6. 前記常用ブレーキペダルは、前記専用センサをトリガし続ける位置に維持されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 前記トランスミッションが最低ギヤに達するまで、前記トランスミッションを連続的にダウンシフトすることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 前記トランスミッションが最低ギヤに達するまで、前記トランスミッションを連続的にダウンシフトし、その後自動クラッチを切り離すことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. アイドリング運転モードにおいて大型車両の自動または半自動マニュアルトランスミッション（３１０）を操作する方法であって、
   アイドリング状態で前記大型車両のエンジン（３００）を駆動できるだけの燃料を前記エンジンに供給すること、および
   前記自動トランスミッションを、前記トランスミッションの始動ギヤより高いギヤに連結して、前記大型車両が、アイドリング状態のエンジン動力によって、第１速で実質的に走行できるようにすることを含み、
   前記大型車両の制御ペダルを踏み込むことによって前記自動トランスミッションをアップシフトし、次いで、前記大型車両をアイドリング状態のエンジン動力で、前記第１速の実質的な等速よりも高速である、第２速で実質的に等速走行させることを特徴とする、前記方法。
10. 前記制御ペダルは、前記大型車両のアクセルペダル（３３０）であることを特徴とする、請求項９に記載の方法。

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