(57)【要約】  パワートレイン（１）が、被制御駆動源（３）、クラッチ（６）、自動変速機（７）及びデータ伝送装置を内蔵する。パワートレイン（１）は付加的な駆動源を有し、さらに、パワートレインの実際の特性と流体トルクコンバータを備えたパワートレインのモデル化された特性との比較に基づいて駆動源トルクに対する補正値（Ｋｐｉｄ）を形成する制御システムを備えている。制御ループ（２１−２７）により、トルクコンバータの特性がモデル化される。
2005509120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被制御駆動源（３）、クラッチ、自動変速機（７）、及びパワートレインの構成要素間のデータ交換を可能にするデータ伝送装置（１６）を内蔵した、自動車のパワートレイン（１）において、
前記パワートレイン（１）は付加的な駆動源を有しており、
前記パワートレイン（１）は制御システム（２）を備えており、該制御システム（２）により、前記パワートレインの実際の特性と流体トルクコンバータを備えたパワートレインのモデル化された特性との比較に基づいて、駆動源トルクの補正値が求められる、ことを特徴とする自動車のパワートレイン。
【請求項２】
前記被制御駆動源（３）は内燃機関であり、
前記付加的な駆動源はクランクシャフトスタータダイナモ（１２）であり、
前記クラッチは自動制御式の摩擦クラッチとして形成されており、
流体トルクコンバータの特性をモデル化する制御ループ（２１−２７）が設けられている、請求項１記載のパワートレイン。
【請求項３】
前記制御システム（２）は、補正値に基づいて、要求されたホイールトルクをクランクシャフトトルクに変換する変換ブロック（２１）と、トルクの補正値を求める補正装置（２７）とを有している、請求項１又は２記載のパワートレイン。
【請求項４】
前記制御システム（２）は、駆動源トルクを前記の駆動源（３）と付加的な駆動源（１２）とに分配するトルク分配部（２４）を有している、請求項１から３のいずれか１項記載のパワートレイン。
【請求項５】
前記制御システム（２）は、流体トルクコンバータを備えたパワートレインのモデルであるオブザーバブロック（２３）を有しており、該オブザーバブロック（２３）は、流体トルクコンバータと自動変速機とを備えた比較可能な自動車が運転者の同じ要望に対してとる速度に相当する車両速度（ＶＭｏｄｅｌ）を計算する、請求項１から４のいずれか１項記載のパワートレイン。
【請求項６】
前記車両速度は下記の式により求められ、
【数１】
2005509120.tif 000005
ただし、
μｈｔｃ：流体トルクコンバータによるトルク増幅
ｉＡＴ：自動変速機の変速比
ｉＤｉｆｆ：差動装置の変速比
ｒｒｅｉｆｅｎ；タイヤ半径
ｔｈｅｔａｋｆｚ：車両の慣性モーメント
ｔｑＦａｈｒｗｉｄ：走行抵抗
（ｔｑｅｎｇ＋ｔｑＩＳＧ）：理論上の駆動トルク
である、請求項１から５のいずれか１項記載のパワートレイン。
【請求項７】
パワートレイン（１）に対して要求される駆動トルクは下記の式により求められ、
【数２】
2005509120.tif 000006
ただし、
ｉＡＭＴ＝ｉＡＴ：自動変速機の変速比
ｉＤｉｆｆ：差動装置の変速比
ｋｐｉｄ：補正係数
ｓｌｉｐｃｌｕｔｃｈ：クラッチの滑り量
ｔｑｅｎｇ：内燃機関のトルク実際値
ｔｑＩＳＧ：クランクシャフトスタータダイナモのトルク実際値
ｔｑｗｈｅｅｌ：ホイールトルク
である、請求項１から６のいずれか１項記載のパワートレイン。
【請求項８】
請求項１記載のパワートレインを制御する方法において、
前記パワートレインの実際の特性と流体トルクコンバータを備えたパワートレインのモデル化された特性との比較に基づいて、前記パワートレイントルクに対する補正値を求めることを特徴とする方法。
【請求項９】
変換ブロックにより、補正値に基づいて、要求されたホイールトルクをパワートレイントルクに変換し、パワートレイントルクを駆動源と付加的な駆動源とに分配する、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
パワートレインの構成要素の変速比により、要求されたトルクを駆動源のクランクシャフトにおいて必要とされるトルクに変換する、請求項８又は９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被制御駆動源、クラッチ、自動変速機、及び、パワートレインの構成要素間のデータ交換を可能にするデータ伝送装置を内蔵した、自動車のパワートレインに関する。
【０００２】
内燃機関、自動変速機、及び流体トルクコンバータ（以下ではＨＴＣとも称する）を備えた自動車は、とりわけトルクコンバータの入力回転数の出力回転数に対する比が低いときに、ＨＴＣによるトルク増幅によって比較的高い車両加速度が可能となるような回転立上り特性を有している（Ｆａｃｈｋｕｎｄｅ  Ｋｒａｆｔｆａｈｒｚｅｕｇｔｅｃｈｎｉｋ、Ｅｕｒｏｐａ−Ｌｅｈｒｍｉｔｔｅｌ出版、第２６版、１９９９年、Ｈａａｎ−Ｇｒｕｉｔｅｎ，ｐｐ４０３−４０４）。それゆえ、トルクコンバータによるトルク増幅は、自動車の運転者にとって好意的に認識される。
【０００３】
クランクシャフトスタータダイナモ（以下ではＩＳＧとも称する）、内燃機関、及び自動マニュアル変速機を有しているが、流体トルクコンバータを有していないパワートレインを備えた自動車は、クランクシャフトの回転をホイールの回転から切り離すために、摩擦クラッチしか備えていない。摩擦クラッチは、駆動トルクをクランクシャフトにおけるトルクに比べて大きくすることはできない。
【０００４】
本発明の課題は、摩擦クラッチを備えた自動車のパワートレインにおいて、流体コンバータを備えた自動車と同様の回転立上り特性を実現することである。
【０００５】
本発明の課題は、被制御駆動源、クラッチ、自動変速機、及びパワートレインの構成要素間のデータ交換を可能にするデータ伝送装置を内蔵した、自動車のパワートレインにおいて、前記パワートレインは付加的な駆動源を有しており、前記パワートレインは制御システムを備えており、該制御システムにより、前記パワートレインの実際の特性と流体トルクコンバータを備えたパワートレインのモデル化された特性との比較に基づいて、駆動源トルクの補正値が求められるようにすることで解決される。また、本発明の課題は、上記パワートレインを制御する方法において、パワートレインの実際の特性と流体トルクコンバータを備えたパワートレインのモデル化された特性との比較に基づいて、パワートレイントルクの補正値を求めることにより解決される。
【０００６】
本発明の実用的な発展形態は従属請求項に示されている。被制御駆動源は内燃機関であり、付加的な駆動源はクランクシャフトスタータダイナモ（１２）であり、クラッチは自動制御式の摩擦クラッチとして形成されており、トルクコンバータの特性をモデル化する制御ループ（２１−２７）が設けられている。
【０００７】
制御システムは、補正値に基づいて、要求されたホイールトルクをクランクシャフトトルクに変換する変換ブロックと、トルクの補正値を求める補正装置とを有している。さらに、制御システムは、駆動源トルクを前記の駆動源と付加的な駆動源とに分配するトルク分配部を有している。制御システムは、また、流体トルクコンバータを備えたパワートレインのモデルであるオブザーバを有しており、このオブザーバにより、流体トルクコンバータと自動変速機とを備えた比較可能な自動車が運転者の同じ要望に対してとる速度に相当する車両速度が計算される。この車両速度と、パワートレインに対して要求される駆動トルクは、後で示す式を用いて計算される。
【０００８】
本発明の利点は、特に、ホイールトルクとして解釈された運転者の要望によってパワートレインが制御され、モデル化された車両特性と実際の車両特性との間の偏差に基づいて閉ループ制御され、これにより、所望の車両特性が少ないコストで達成されることにある。流体トルクコンバータを備えた従来の自動変速機の有利な回転立上り特性が、この種のパワートレインに必要な高いコスト及び比較的高い燃費を要さずに達成される。クランクシャフトスタータダイナモの形態をとった付加的な駆動源は、別の有益な機能を有している。
【０００９】
以下では、本発明の実施例を図面を基に説明する。
【００１０】
図１は、本発明による制御システムを備えたパワートレインを示しており、
図２は、図１による制御システムの閉ループ制御機構のブロック回路図を示しており、
図３は、図１による閉ループ制御機構における所要駆動源トルクの計算のブロック回路図を示しており、
図４は、図１によるパワートレインのモデルの信号の流れ図を示しており、
図５は、図２による閉ループ制御機構の構成要素である補正ブロックを示している。
【００１１】
詳細には図示されていない自動車のパワートレイン１が制御システム２により制御される（図１）。このパワートレイン及びその制御システムの構成要素は、とりわけ、内燃機関３の形態をとった第１の駆動源、アクセルペダル５からの信号を受信するエンジン制御部４、摩擦クラッチ６、自動マニュアル変速機７（以下では変速機とも称する）、クラッチアクチュエータ８、及び変速機７のためのシフトアクチュエータ９である。上位の制御部１０である、いわゆるＩＰＭ制御部（ＩＰＭ＝Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｐｏｗｅｒｔｒａｉｎ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）は、エンジン制御部４を介してエンジン３を制御し、クラッチアクチュエータ８を介して摩擦クラッチ６を制御し、シフトアクチュエータ９を介して自動マニュアル変速機７を制御する。
【００１２】
パワートレイン１はさらにクランクシャフトスタータダイナモ１２（以下では、ＩＳＧとも称する）の形態をとった付加的な駆動源を有している。クランクシャフトスタータダイナモ１２は、スタータとしても発電機としても使用できる。クランクシャフトスタータダイナモ１２はＩＳＧ制御部１３により制御され、ＩＳＧ制御部１３を介して、ここでは４２Ｖバッテリとして形成されたエネルギー貯蔵器１４に接続されている。制御部４，１０，１３及び１４は、ＣＡＮバス１６の形態のデータ伝送装置により相互に接続されており、それゆえ、ステータスの報告、センサ信号、コマンドなどの情報を相互に交換することができる。
【００１３】
付加的な駆動源は、他の補助原動機、例えばベルト又は鎖でクラッチの入力軸に接続された電気モータから成っていてもよい。
【００１４】
制御システム２の目的は、上述のように、流体トルクコンバータを備えた自動車の良好な回転立上り特性を上記パワートレイン１においてトルクコンバータを用いず付加的な原動機によって実現することである。このため、流体トルクコンバータを備えたパワートレインの運転者の要望に対する反応がモデル化される。自動車の運転者によるアクセルペダル５の操作が、運転者の要望として解釈される。
【００１５】
実際の特性、すなわち、ここでは自動マニュアル変速機とクランクシャフトスタートダイナとを備えた自動車の特性と、モデル化された特性、すなわち、ここでは流体トルクコンバータと自動変速機とを備えた自動車の特性との比較から、補正値又は補正係数が求められ、運転者の要望をクランクシャフトにおけるトルク（エンジントルク）に変換する際に考慮される。モデル化は閉ループ制御技術を用いたオブザーバによって行われ、パワートレインの数学的モデル−オブザーバモデル−の特性の計算に相当する。
【００１６】
運転者の要望は「ホイールトルクに基づいたもの」と見なされる。すなわち、アクセルペダルを踏むことによって表される運転者の要望は、ホイールによって車道に伝達されるトルクに変換され、このトルクが所望の車両運動を生じさせる。要求されたホイールトルクは、差動装置と変速機の変速比を介して、また駆動源トルクの値に対する補正係数を介して、すなわち、上記実施例ではクランクシャフトにおけるトルクの値に対する補正係数を介して、逆算される。
【００１７】
クランクシャフトトルクは適切に第１の駆動源と付加的な駆動源に、すなわち、内燃機関４とクランクシャフトスタータダイナモ１２に分配され、両方の成分はエンジン制御部４又はＩＳＧ制御部１３によって調整される。例えば、そのつどの動作状態に対して最大限可能なトルクに達するまで、全トルク要求をエンジン制御部４に送り、前記最大限可能なトルクを超える分はクランクシャフトスタータダイナモ制御部１３に送ると合理的である。
【００１８】
図２から読み取れる制御システム２の閉ループ制御のブロック回路図は、以下のブロックから構成される回路装置１８を示すものである。ブロック１９「ホイールトルク基準値」は、センサ又は自動車内の個々の制御装置により供給される入力信号２０として、運転者の要望、速度、及び加速度といった量を受信し、これらの入力量からホイールトルク基準値、すなわち、自動車の駆動輪に供給すべきトルクの値を求める。「ブロック」という表現はここでは計算装置、評価装置、開ループ制御装置又は閉ループ制御装置に対してまったく一般的に用いられており、回路としてもプログラムとしても実現することができる。
【００１９】
要求されたトルクは、ブロック２１「変換」において、パワートレイン１の種々の構成要素の変速比、とりわけ差動装置と変速機の変速比によって、エンジン３のクランクシャフトにおける所要トルクに変換される。計算については、図３に基づいてさらに説明する。ブロック２１は、出力量として、要求されたクランクシャフトトルクを出力する。より厳密に言えば、ブロック２１は、要求されたクランクシャフトトルクを一方ではブロック２３「オブザーバ」に、他方では補正されたクランクシャフトトルクとしてブロック２４「トルク分配」に出力する。
【００２０】
閉ループ制御技術を用いたブロック２３「オブザーバ」では、ブロック２１において計算されたクランクシャフトトルクから、車両速度ｖＭｏｄｅｌｌが計算される。このブロック２３はトルクコンバータを備えたパワートレインのモデルを表している。すなわち、車両速度ｖＭｏｄｅｌｌは、流体トルクコンバータと自動変速機とを備えた比較可能な自動車が同じ運転者要望のもとでとる速度に相当する。コンバータの変速比は動作点に依存しているため、オブザーバは、クランクシャフトトルクとタービン回転数（速度から逆算される）とからエンジン回転数を求めるトルクコンバータのモデルを含んでいる。このモデルでは、トルクコンバータの特性を記述した統計的特性曲線が使用される。
【００２１】
車両速度ｖＭｏｄｅｌｌは減算素子２６のプラス入力側に供給される。減算素子２６の出力側はブロック２７「補正」に接続されている。速度計算とトルク分配の詳細については、以降の図に基づいて説明する。
【００２２】
ブロック２４において求められたエンジントルクの成分、すなわち、クランクシャフトスタータダイナモに対する目標トルクと内燃機関に対する目標トルクは、出力信号として、トルクコンバータなしの実際の自動車の駆動装置に伝達される。自動車はここではブロック２８で表されている。これに基づいて、自動車はある速度で動き、この速度は通常の仕方で測定され、測定値ＶＦａｈｒｚｅｕｇとして減算素子２６のマイナス入力側に供給される。
【００２３】
計算された速度と測定された速度との差はブロック２７に送られる。このブロック２７は補正係数ｋｐｉｄを形成し、これをブロック２１の第２の入力側に供給する。これで補正係数ｋｐｉｄのための制御ループが閉じる。
【００２４】
ブロック２１では、要求されたホイールトルクをパワートレインの種々の構成要素の変速比を介して要求されたクランクシャフトトルクへ変換するが、この変換は図３により明らかにされる。要求されたホイールトルクは、第１の信号入力側３０を介して、除算素子３１の被除数入力側に達する。補正係数ｋｐｉｄは、第２の信号入力側３２を介して、乗算素子又は乗算器３４の第１の入力側に達する。
【００２５】
入力信号３５として、クラッチ滑り量ｓｌｉｐｃｌｕｔｃｈ、変速機の変速比ｉＧｅｔｒ、及び差動装置の変速比ｉＤｉｆｆといった量が、第２の乗算器３６の入力側に達する。第２の乗算器３６の出力信号は除算素子３１の除数入力側に達する。除算素子３１の出力信号は、一方では、補正されていない、すなわち、自動変速機と流体トルクコンバータとを備えたパワートレインのために要求されるクランクシャフトトルクとして、信号出力側３７を介して出力される。
【００２６】
他方では、出力信号は乗算器３４の第２の入力側に達し、そこで補正係数ｋｐｉｄと乗算され、自動マニュアル変速機ＡＭＴとクランクシャフトスタータダイナモＩＳＧとを備えたパワートレインに対して要求されるトルクとして、信号出力側３８を介して出力される。この出力信号は次の式の値に相当する。
【００２７】
【数１】
2005509120.tif 000003
ここで（Ｇｌ．２も参照）、
αＦａｈｒｂａｈｎ：車道の傾斜角度（例えば、センサにより測定）
μｈｔｃ：ＨＴＣによるトルク増幅（観測量）
ａＦａｈｒｚｅｕｇ：車両加速度（計算値）
ｉＡＭＴ＝ｉＡＴ：自動変速機の変速比（各ギアに対して一定と仮定する）
ｉＤｉｆｆ：差動装置の変速比
ｋｐｉｄ：補正係数
ｒｒｅｉｆｅｎ；タイヤ半径（一定と仮定する）
ｓｌｉｐｃｌｕｔｃｈ：クラッチの滑り量
ｔｈｅｔａｋｆｚ：車両の慣性モーメント（一定と仮定する）
ｔｑｅｎｇ：内燃機関のトルク実際値（データバスを介して測定）
ｔｑＦａｈｒｗｉｄ：ｆ（ｖＦａｈｒｚｅｕｇ及び角度αＦａｈｒｂａｈｎ）である走行抵抗
ｔｑＩＳＧ：ＩＳＧのトルク実際値（データバスを介して測定）
ｖＦａｈｒｚｅｕｇ：車両速度（測定値）
ｖＭｏｄｅｌｌ：車両速度（計算値）
である。
【００２８】
図４から読み取れる信号流れ図４０は、ブロック２３「オブザーバ」におけるクランクシャフトトルクからの速度ｖＭｏｄｅｌｌの計算に対応している。クランクシャフトトルクは、厳密に言えば、トルクコンバータのポンプ羽根車に印加されるエンジントルクとして、信号入力側４１を介してブロック４２の第１の入力側に達する。ただし、ブロック４２は流体トルクコンバータを計算によりモデル化するブロックである。ブロック４２の第２の入力側は乗算器４３の出力側と接続されており、乗算器４３において、以下の値が流体トルクコンバータの駆動角速度と乗算される。上記の値とは、変速機の変速比、差動装置の変速比、及び駆動輪の角速度である。
【００２９】
ブロック４２は、１つの出力側から、乗算器４４の入力側に、タービン羽根車におけるトルクＴｑ＿タービンの値を供給する。乗算器４４の別の入力側には、同様に変速機の変速比と差動装置の変速比の値が供給される。３つの入力値の積は加算器４５のプラス入力側に達する。
【００３０】
ブロック４６「走行抵抗」では、センサによって又は別の方法で検出された車道の傾斜及び自動車の速度の値から、走行抵抗に起因する負の抵抗モーメントｔｑ＿走行抵抗が求められ、加算器４５のマイナス入力側に供給される。加算器４５の出力側からは、これにより生じた有効ホイールトルクが除算素子４８の被除数入力側に印加される。
【００３１】
ブロック５０「慣性」からは、質量慣性モーメントｔａ＿ｋｆｚ、より厳密に言えば、自動車の回転慣性と並進慣性が、除算素子４８の除数入力側に達する。除算素子４８では、車輪の角速度の時間微分が求められ、積分器５１に供給される。積分器５１はこれから車輪の角速度を計算し、それを乗算器５２の入力側に供給する。乗算器５２の第２の入力側には、メモリ５４からタイヤ半径の値が到達する。乗算器５２は、これら２つの入力値から、車両の速度を計算し、出力側５５を介して出力する。出力された信号は次の式の値に相当する。
【００３２】
【数２】
2005509120.tif 000004
ここで、（ｔｑｅｎｇ＋ｔｑＩＳＧ）’は、所望トルク計算から形成された補正係数を用いて適応させるべきパワートレイン１の操作量とは違い、理論上の所望トルクである。数式内の別の量の意味については、数式Ｇｌ．１において説明されている。ｔｈｅｔａｋｆｚ及びｔｈｅｔａ＿ｋｆｚなどの記法はここでは等価である。前者は数学的な式に適しており、後者は計算プログラムに適している。
【００３３】
これまで図式的に示されていたブロック２７「補正」の詳細は図５から明らかとなる。信号入力側５８を介して、ＰＩＤ制御器は速度偏差ｖＭｏｄｅｌｌ−ｖＦａｈｒｚｅｕｇを受信し、これに基づいて調整値を形成する。この調整値には加算器６０においてオフセット値が加法的に付加される。オフセット値は、ＰＩＤ制御器によって形成された調整値を流体トルクコンバータの増幅値に適合させるために使用される。オフセット値は、数値としては例えば１である。これらの和が補正係数ｋｐｉｄを形成し、補正係数ｋｐｉｄは出力側６２を介して出力される。より厳密に言えば、上述のように、ブロック２１「変換」へ出力される（図２参照）。補正係数ｋｐｉｄは操作量を形成し、パワートレイン１に対して要求されるクランクシャフトトルクの計算に増幅係数として取り入れられる。クランクシャフトトルクのこの値は目標値として実際のパワートレインに送られる。
【００３４】
流体トルクコンバータと自動変速機とを備えた車両の加速度特性と自動マニュアル変速機とクランクシャフトスタータダイナモとを備えた車両の加速度特性の比較は、−アクセルペダル基準値が同じであり、かつクランクシャフトトルクが同じであれば−トルクコンバータを備えたパワートレインの方がトルクコンバータによるトルクの増幅のゆえに明らかに高い車両加速度が可能であることを示している。
【００３５】
これに対して、自動マニュアル変速機及びクランクシャフトスタータダイナモならびにクランクシャフトトルクの上記閉ループ制御を備えたパワートレインとの比較によれば、−アクセルペダルの位置が同じであれば−この車両は流体トルクコンバータを備えた車両の加速度特性にほぼ相当する加速度特性を有していることが示される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による制御システムを備えたパワートレインを示す。
【００３７】
【図２】図１による制御システムの閉ループ制御機構のブロック回路図を示す。
【００３８】
【図３】図１による閉ループ制御機構における所要駆動源トルクの計算のブロック回路図を示す。
【００３９】
【図４】図１によるパワートレインのモデルの信号の流れ図を示す。
【００４０】
【図５】図２による閉ループ制御機構の構成要素である補正ブロックを示す。
【図１】
2005509120.tif 000007
【図２】
2005509120.tif 000008
【図３】
2005509120.tif 000009
【図４】
2005509120.tif 000010
【図５】
2005509120.tif 000011
【国際調査報告】
2005509120.tif 000012
2005509120.tif 000013
2005509120.tif 000014
2005509120.tif 000015
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