JP6887386B2 - 同期およびギアシフトを制御するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱牽引エンジンおよび／または電気牽引機械などの、少なくとも１つのエネルギー源を有する車両のギアボックスでのギアシフトの制御に関係する。

本発明は、プライマリシャフトであって、車両の牽引機械により駆動される、ならびに、平行シャフトを有し、同期機構を有していないギアボックスのセカンダリシャフトに回転可能に接続されるプライマリシャフト上での、回転するピニオンの同期を制御することを、牽引機械に、プライマリシャフトへのピニオンの結合の前に、プライマリ速度と、これらの２つのシャフトの間の減速比を乗算されるセカンダリ速度と、の間の差を最小化するように計算されるトルク信号に依存するトルクコマンドを送ることにより行うための方法を提案する。

本発明はさらには、シャフトおよびピニオンの速度を同期させることの第１の段階と、結合の第２の段階とを含む、ギアシフトのための方法を提案する。

この発明は、比の変更が、特に電気およびハイブリッドパワーユニットで、同期リングを伴わない結合手段を動かすことにより為される、任意の平行シャフトトランスミッションに適用可能である。

スライディングギアをピニオンにロックすることによる結合のシステムが、機械的な同期手段を有さない場合、回転する要素は、ギアボックスのプライマリ速度を制御することにより同期させられ得る。この形式の制御は、トルク動揺を回避するために、牽引機械によるプライマリ速度の精密な制御を要する。

公報ＤＥ １０ ２００６ ０１９ ２３９は、ピニオンの、そのピニオンのシャフトとの同期を制御するための方法を開示している。円滑な結合をもたらすために、電気牽引機械のトルクは、速度の間の差が所定のしきい値より下に低減されるまで、一定の高い値に保たれ、そのことの後で、それは、シャフトとピニオンとの間の速度差に比例するようになる。

しかしながら、この方法の精度は、牽引機械の慣性、および、トルク制御設定点に対するその牽引機械の応答時間により、とりわけ、この牽引機械が熱エンジンであるときは、影響を及ぼされる。結果的に、結合は、ドライバに対して完全に意識されないというわけではない。実際、速度差は、ホイールでのドライバのトルク要求を満たし続けるために、３０回毎分の範囲に、非常に迅速に達しなければならないことになる。主な困難は、ブレーキが、急峻な斜面で付与されるときに生起し、その際、この方法は、結合の間のトルク動揺を回避し得ないものであり、かくして、数ある問題の中でも、必然的に含まれる機械部品上の望ましくない摩耗を引き起こす。

本発明は、最も短い時間での２つのギアボックスシャフトの同期をもたらし、一方で、結合段階の間に生起し得るトルク動揺の主な源を除去することを意図される。

この目的で、本発明は、計算されるトルクが、セカンダリシャフトの加速度により補正され、速度差を最小化するように牽引機械により供給されるエネルギーを斟酌した中間トルク信号を構築するよう提案する。

この配置構成は、トランスミッションに導入されるエネルギーを制御することを、そのエネルギーが過剰でないように、同期に対して要されるエネルギーとの比較により行うことを可能にする。

提案される方法は、比を緩やかに変更することを、すべての環境で、とりわけ、ブレーキが、急峻な下り坂の斜面で付与されるときに行うことを可能にする。その方法は、結合段階の間に生起し得るトルク動揺の主な源を除去する。この方策では、結合システムの機械部品の過剰な摩耗が回避される。

本発明の他の特性および利点は、添付される図面への参照を伴う、本発明の非制限的な実施形態の以下の説明から明らかとなろう。

結合の概略表現の図である。 本発明の方法の論理的概要の図である。

図１Ａから１Ｃは、ギアシフトスライディングギア２、および、そのスライディングギア２のスリーブ３、そのスライディングギア２の動作しているフォーク４、および、ギアピニオン６を概略的に示す。線図の下側部分は、さらには、スライディングギアおよびピニオンの、歯２ａおよび６ａを示す。スライディングギア２およびピニオン６は、車両のエネルギー源（牽引機械）に接続されるプライマリギアボックスシャフト（示されない）上で同軸である。ピニオン６は、車両のホイールに接続されるセカンダリギアボックスシャフトに回転可能に接続される。

図１Ａは、ちょうど中心での、システムの初期状態を示す。スライディングギア２は、プライマリシャフトの速度である、速度ω_１で回転する。ピニオン６は、ギアボックスのセカンダリシャフトにより決定される、ω_１とは異なる、速度ω_２で回転する。図１Ｂでは、スライディングギア２は、そのスライディングギア２の歯２ａが、ピニオン６の歯に逢着するまで動いている。それらのスライディングギア２およびピニオン６の回転速度が等しくされるとき、すなわち、同期段階の終わりでは、スライディングギアの歯は、ギアと係合するように、ピニオンの歯の間に入り込み、これが、ピニオンおよびスライディングギアを結合することの段階である。

図２で例示される方法の以下の説明では、以下の表記が使用される。
ω_１：エネルギー源に接続される、プライマリシャフトおよびスライディングギア２の速度
Ｔ_１：エネルギー源のトルク
Ｔ_ｄ１：エネルギー源の抵抗トルク（未知の外部入力）
Ｊ_１：スライディングギア２のシャフトに関係付けられる慣性
ω_２：到達されることになる目標として働くピニオン６の速度
Ｔ_ｄ２：ピニオン６の抵抗トルク（未知の外部入力）
Ｊ_２：ピニオン６に関係付けられる慣性
Ｋ：セカンダリシャフトとプライマリシャフトとの間の減速比

ギアボックスの２つのシャフトは、初期状態では、全体的に非結合であるということを想定し、力学の基本原理を適用すると、以下の動的モデルが得られる：
− セカンダリシャフト（ピニオン６）に対して、

、セカンダリの抵抗トルク、ならびに、
− プライマリシャフト（スライディングギア２）に対して、

、エンジントルク、および、プライマリの抵抗トルクの総和。

図２によれば、プライマリシャフトおよびセカンダリシャフトの同期（ギア減速比Ｋに対する斟酌を伴う）は、車両の牽引機械により駆動されるプライマリシャフト上で回転する、ピニオン６を同期させるための、基準コマンド信号Ｔ_１ ^ｒｅｆを生成することにより制御される。このプライマリシャフトは、同期機構を有さない平行シャフトギアボックスのセカンダリシャフトに回転可能に接続される。基準トルクＴ_１ ^ｒｅｆは、プライマリ速度ω_１と、これらの２つのシャフトの間の減速比Ｋを乗算されるセカンダリ速度ω_２との間の差σを最小化するように計算されるトルク信号Ｔ_１ ^ｃａｌｃに依存する。以下の方策で構築されるトルクコマンドＴ_１ ^ｒｅｆは、それゆえに、牽引機械に、ピニオンがプライマリシャフトに結合される前に送られる。測定される基準信号ω_２ ^ｍｅｓ（セカンダリ速度）は、減速比Ｋを乗算されることが、積Ｋ．ω_２ ^ｍｅｓを基準信号ω_１ ^ｍｅｓ（プライマリ速度）と比較するために行われる。差σ＝Ｋ．ω_２ ^ｍｅｓ−ω_１ ^ｍｅｓの符号および大きさは、熱または電気牽引機械などのエネルギー源の入力に付与可能な、計算されるトルク値Ｔ_１ ^ｃａｌｃを計算することを可能にする。トルクＴ_１ ^ｃａｌｃは、プライマリ速度ω_１と、これらの２つのシャフトの間の減速比Ｋを乗算されるセカンダリ速度ω_２との間の差σを最小化するように計算される。

速度差σは、プライマリ速度目標に関して成し遂げることが望ましい精度を表す、較正されるパラメータεと比較される。精度εは、目標と、同期段階の終わりに得られるプライマリ速度値との間の、許容される速度差である。σ＞εまたはσ＜−ε（絶対値において、同期段階の終わりでの、目標とされるプライマリ速度ω_１に関する、所望される精度εより大きい差σ）であるならば、計算されるトルクＴ_１ ^ｃａｌｃは、大きさにおいて、１以上の較正される係数αにより、牽引機械の最大Ｔ_１ ^ｍａｘおよび最小Ｔ_１ ^ｍｉｎトルクの、制限の較正される係数α＞１に対する比に等しい値へと制限される。値Ｔ_１ ^ｍｉｎ／αまたはＴ_１ ^ｍａｘ／αは、同期に対して使用され得る牽引トルクを決定する。反対の事例では、差σが、絶対値において、精度εより大きくない際に、計算されるトルクＴ_１ ^ｃａｌｃは、有利には、以下のタイプの算式を、その計算されるトルクＴ_１ ^ｃａｌｃに適用することにより平滑化される。

このステップの後、計算されるトルクＴ_１ ^ｃａｌｃは、セカンダリシャフトの加速度

（測定される速度ω_２の微分である）により補正され、速度差σを最小化するように牽引機械により供給されるエネルギーを斟酌した中間トルク信号Ｔ_１ ^＊を構築するために行われ得る。

図２で指示されるように、加速度

は、速度（Ｋω_２）の測定値と、その速度の積分されるモデルＫω_ｍの測定値との間の差ｅ＝Ｋω_２−Ｋω_ｍを基に計算される。この計算のために、較正可能ゲイン（ｃａｌｉｂｒａｔａｂｌｅ ｇａｉｎ）Ｌ_ｐにより重み付けされる速度差ｅ、および、第２の較正可能ゲインＬ_ｉにより重み付けされる、差ｅの積分が、一体に加算される。

加速度

を与えられると、速度での差σが、絶対値において、

および、較正されることになるパラメータε_ｔの積と比較されることが、計算されるトルク目標Ｔ_１ ^ｃａｌｃを、必要であるならば調整するために行われ得る。かくして、計算される値Ｔ_１ ^ｃａｌｃから、中間信号Ｔ_１ ^＊への移行が行われ、そのことは、速度差σ、および、較正されるパラメータε_ｔと加速度

の積を比較することにより、ならびに、計算されるトルク信号Ｔ_１ ^ｃａｌｃを加速度

により調整することを、積

が、絶対値において、速度差（σ）より大きいならば行うことにより行うものである。この調整は、設定点に達するようにシステムに供されるエネルギーを斟酌するものであり、

であるならば、Ｔ_１ ^＊＝βＴ_１ ^ｃａｌｃであり、さもなければ、Ｔ_１ ^＊＝Ｔ_１ ^ｃａｌｃである（ただし、０≦β≦１）。

本発明の別の提供によれば、この差が、絶対値において、所望される精度εより小さいならば、較正されるゲインＫ_ｉを乗算される速度差σを積分するように動作が活動化されることが行われる。ゲインＫ_ｉは、非ゼロ値Ｋ_ｉ ^＃を有する。反対の事例では、Ｋ_ｉはゼロであり、積分される補正項もまたゼロである。図２で示されるように、中間トルク信号Ｔ_１ ^＊は、この積分項により補正されることが、付与されるトルク信号Ｔ_１ ^{ａｐｐｌｉ}を与えるために行われる。

牽引機械に対するトルクコマンド信号Ｔ_１ ^ｒｅｆは次いで、付与されるトルクＴ_１ ^{ａｐｐｌｉ}を、最終的な「リミッタ」で、牽引機械の最大トルクＴ_１ ^ｍａｘおよび最小トルクＴ_１ ^ｍｉｎの値の間で制限することにより得られる。この制限は、付与されるトルクに関して、必要であるならば、積分される項による中間信号Ｔ_１ ^＊の補正の後、実行される。付与されるトルクＴ_１ ^{ａｐｐｌｉ}は、かくして、その付与されるトルクＴ_１ ^{ａｐｐｌｉ}が、牽引機械の最小トルクＴ_１ ^ｍｉｎと最大トルクＴ_１ ^ｍａｘとの間にあるかどうかを決定するために監視される。この、付与されるトルクＴ_１ ^{ａｐｐｌｉ}が、最小トルクＴ_１ ^ｍｉｎと最大トルクＴ_１ ^ｍａｘとの間にあるということが実情でないならば、その付与されるトルクＴ_１ ^{ａｐｐｌｉ}は、これらの値の１つに飽和させられる。

この計算を基に、提案される制御方法は、かくして、２つの主な段階ＡおよびＢ、ならびに、様々なステップに細分化され得る。

第１の段階（Ａ）は、シャフト（ピニオン）の速度ω_１を、シャフト（ピニオン）の速度ω_２と同期させることを、ギア減速比に対する斟酌を伴って行い、かくして、基準信号Ｔ_１ ^ｒｅｆを生成することに本質がある。この基準信号を生成するために要される様々なステップは、以下のものである。
ａ）図２のブロックＡでの、計算されるトルク信号Ｔ_１ ^ｃａｌｃを構築するステップであって、測定される基準信号ω_２ ^ｍｅｓ（シャフト（ピニオン）２の速度）に減速比Ｋを乗算することであって、その乗算したものが、基準信号ω_１ ^ｍｅｓ（シャフト（ピニオン）１の速度）と比較され得るように行う、乗算することにより行う、構築するステップ；誤差ｓ＝Ｋω_２−ω_１の符号および大きさによって、エネルギー源（例えば、電気機械）の入力に付与するためのトルクを計算する。
ｂ）ブロックＢでの、加速度信号

を構築するステップ；この測定値の有用性は、その測定値のロバスト性にあり、なぜならば、信号の微分は、その信号のダイナミックレンジの何らのナレッジにもよらずに、および、測定値ノイズを補整するフィルタによって生成されるからである。
ｃ）ブロックＣでの、中間トルク信号Ｔ_１ ^＊を構築することを、システムが、速度差σを低減するための必要なエネルギーを有するかどうかを決定することにより行うステップ：この、システムが、速度差σを低減するための必要なエネルギーを有するということが実情であるならば、エネルギーは、何らかの過剰を防止するために、低減される（または、打ち切られる）。
ｄ）付与されるトルク信号Ｔ_１ ^{ａｐｐｌｉ}を生成するステップであって、積分される項を、ブロックＤから結果として生じる中間トルク信号Ｔ_１ ^＊に加算することを、速度誤差が−εとεとの間にあるならば行うことにより行う、生成するステップ。
ｅ）付与されるトルク信号Ｔ_１ ^{ａｐｐｌｉ}を、この信号が値Ｔ_１ ^ｍｉｎとＴ_１ ^ｍａｘとの間にあるか否かをチェックするために監視するステップ；この、この信号が値Ｔ_１ ^ｍｉｎとＴ_１ ^ｍａｘとの間にあるということが実情でないならば、信号Ｔ_１ ^{ａｐｐｌｉ}が飽和させられ、一方で、積分器が、同じ時間にロックされることが、モータ端子に付与されることになる基準信号Ｔ_１ ^ｒｅｆを生成するために行われる。

回転する要素が同期させられるとき、提案されるギアシフト方法の第２の段階（または、結合段階）が遂行され得るものであり、その段階の中で、スライディングギアは、そのスライディングギアの「オープン」位置から、そのスライディングギアの「クローズされる」位置に動かされる。

結論として、本発明は、速度差が、非常に迅速に、約３０回毎分の値に達するように低減されることを可能なものにする。方法は、２つのシャフトを結合することの、次の段階を、ユーザにとって満足がゆくものにする、すなわち、トルク調節にもかかわらず、最も少ない起こり得るトルク動揺を伴うものにする。とりわけ、その方法は、上記で述べられたブレーキングの不都合な事例に対応する軌跡などのランプタイプ軌跡を監視することを可能にする。最後に、目標速度に向けての収束は、決して、システムの固有パラメータ（アクチュエータおよび／もしくは牽引機械の、慣性および応答時間、または、何らかの遅延など）に依存せず、そのことが、この方法をロバストにする。その方法は、同期に対して使用される、任意のタイプのエネルギー源に対して有効であり、そのことは、そのエネルギー源が、電気機械であるか、それとも熱エンジンであるか、そのエネルギー源が、減速度モードで作動しているか否か、および、そのエネルギー源が、トルクをホイールに伝達しているか否かとは無関係である。

Claims (7)

1. 車両の駆動源により駆動されるプライマリシャフトであって、平行シャフトを有し、同期機構を有していないギアボックスのセカンダリシャフトに回転可能に接続されるプライマリシャフト上での回転するピニオン（６）の同期を、前記駆動源に、前記プライマリシャフトへの前記ピニオンの結合の前に、プライマリ速度（ω_１）と、セカンダリ速度（ω _２ ）に前記プライマリシャフト及び前記セカンダリシャフトの間の減速比（Ｋ）を乗算することにより得られる速度（Ｋω _２ ）と、の間の速度差（σ）を最小化するように計算されるトルク（Ｔ_１ ^ｃａｌｃ）に依存するトルクコマンド（Ｔ_１ ^ｒｅｆ）を送ることにより制御する方法であって、前記計算されるトルク（Ｔ_１ ^ｃａｌｃ）は、前記セカンダリシャフトの加速度
   

   

   により補正され、前記速度差（σ）を最小化するように前記駆動源により供給されるエネルギーを斟酌した中間信号（Ｔ_１ ^＊）を構築し、
   前記速度差（σ）は、較正パラメータ（ε_ｔ）と前記加速度
   

   

   の積と比較され、前記計算されるトルク（Ｔ_１ ^ｃａｌｃ）は、前記積
   

   

   が、絶対値において、前記速度差（σ）より大きいならば調整されることを特徴とする、方法。
2. 前記加速度
   

   

   は、前記速度（Ｋω_２）の測定値と、前記速度（Ｋω _２ ）の積分化モデル（Ｋω_ｍ）の演算値との間の差（ｅ＝Ｋω_２−Ｋω_ｍ）を基に計算されることを特徴とする、請求項１に記載の制御方法。
3. 前記速度差（σ）が、絶対値において、同期段階の終わりでの目標とされる前記プライマリ速度（ω_１）に関する所望される精度（ε）より大きいならば、前記計算されるトルク（Ｔ_１ ^ｃａｌｃ）の大きさは、前記駆動源の最大（Ｔ_１ ^ｍａｘ）および最小（Ｔ_１ ^ｍｉｎ）トルクの、較正係数（α）に対する比に等しい値へと制限されることを特徴とする、請求項１または２に記載の制御方法。
4. 前記速度差（σ）が、絶対値において、同期段階の終わりでの目標とされる前記プライマリ速度（ω_１）に関する所望される精度（ε）以下ならば、前記計算されるトルク（Ｔ_１ ^ｃａｌｃ）は、平滑化されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の制御方法。
5. 前記速度差（σ）が、絶対値において、所望される精度（ε）より低いならば、前記駆動源により付与されるトルク（Ｔ_１ ^{ａｐｐｌｉ}）の値は、非ゼロの較正されるゲイン（Ｋ_ｉ）を伴う前記速度差（σ）を積分することにより得られた積分値を用いて中間トルク（Ｔ_１ ^＊）を補正することにより確立されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の制御方法。
6. 前記駆動源の前記トルクコマンド（Ｔ_１ ^ｒｅｆ）は、前記付与されるトルク（Ｔ_１ ^{ａｐｐｌｉ}）を、前記駆動源の最大トルク（Ｔ_１ ^ｍａｘ）および最小トルク（Ｔ_１ ^ｍｉｎ）の値の間で制限することにより得られることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の制御方法。
7. ギアシフティングの方法であって、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法を第１の段階として含み、前記ピニオンを前記ピニオンのシャフトに結合することを第２の段階としてさらに含む、ギアシフティングの方法。

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