(57)【要約】入力軸と出力軸とを備えた多段式の変速伝動装置と、該変速伝動装置の入力軸とエンジン等の原動機の出力軸との間に配置された始動クラッチと、互いに噛み合った多数の歯車対とを有する原動機付き車両の自動的な伝動システムにおけるギヤチェンジのための方法。
2004525326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機付き車両の自動的な伝動システムであって、
入力軸と出力軸とを包含する少なくとも２つの軸を備えた多段式の変速伝動装置が設けられており；
変速伝動装置の入力軸と原動機の出力軸との間に配置された始動クラッチが設けられており、該始動クラッチによって原動機と入力軸との間でトルクが伝達され得るようになっており；
互いに噛み合った多数の歯車対が設けられており、各歯車対の一方の歯車が、前記軸の一方の軸に対して相対回動不能の関係で組み付けられており、各歯車対の他方の歯車が、他方の軸に対して相対回転可能に組み付けられており；
各歯車対の、他方の軸に対して相対回転可能に組み付けられた他方の歯車が、該歯車を他方の軸に、選択的に該他方の軸と一緒に回転するように固定するための手段を有しており；
第１の歯車対の、他方の軸に対して相対回転可能に組み付けられた他方の歯車を他方の軸に、該他方の軸と一緒に回転するように固定するために形成された負荷感応型クラッチが設けられており；
変速伝動装置の入力軸の回転数と出力軸の回転数とを検出するための手段が設けられており；
車両が運動状態にあるとき、原動機から変速伝動装置の入力軸へトルクを伝達するために始動クラッチが連結されており、かつ１つの歯車対の、他方の軸に対して相対回転可能に組み付けられた他方の歯車が他方の軸に、該他方の軸と一緒に回転するように固定されていて、これにより該歯車対が係合させられ、かつ入力軸から出力軸へトルクが伝達されるようになっている；
形式の自動的な伝動システムにおけるギヤチェンジのための方法において、該方法が以下のステップ：
ａ）負荷感応型クラッチを連結して、目下入れられているギヤ段により伝達されているトルクを徐々に負荷感応型クラッチと、該負荷感応型クラッチに対応配置されている第１の歯車対とによって迂回させ；
ｂ）負荷感応型クラッチにより伝達されるトルクが、予め規定された範囲内で原動機トルクに等しくなったときに、目下入れられているギヤ段を解除し、
ｃ）目下入れられているギヤ段の解除後に、負荷感応型クラッチにより伝達されるトルクと、原動機により形成されるトルクとの間のトルク差が第１の規定の値にまで高められ、これにより同期化回転数Δωがゼロへもたらされるように負荷感応型クラッチおよび／または原動機を制御し、ただし：
同期化回転数Δω＝ωｍｏｔ−ｉωｌｓｋ
であり、この場合：
ωｍｏｔ＝入力軸の回転数、
ωｌｓｋ＝出力軸の回転数、
ｉ＝目標歯車機構の変速比
であり、
ｄ）第１の規定の時間周期の後に、負荷感応型クラッチにより伝達されるトルクと、原動機により形成されるトルクとの間のトルク差を減少させるために負荷感応型クラッチおよび／または原動機を制御し、これにより同期化回転数と入力軸の加速度とをゼロへ向かって補償し；
ｅ）規定の範囲内で、同期化回転数がゼロになると、目標歯車機構の、他方の軸に対して相対回転可能に組み付けられた他方の歯車を他方の軸と係止させる；
を包含していることを特徴とする、自動的な伝動システムにおけるギヤチェンジのための方法。
【請求項２】
目下入れられているギヤ段が解除された後に：
ａ）シフトアップのためには負荷感応型クラッチにより伝達されるトルクを高め、かつ／または原動機トルクを減少させ；
ｂ）シフトダウンのためには負荷感応型クラッチにより伝達されるトルクを減少させ、かつ／または原動機トルクを高める；
請求項１記載の方法。
【請求項３】
負荷感応型クラッチにより伝達されるトルクおよび／または原動機トルクを、段形、斜面形または非線形のコマンドパスによって変える、請求項２記載の方法。
【請求項４】
第１の規定のトルク差が、ギヤチェンジの関数、運転者の便利性と関連した判断基準の関数および／または伝動システムの制限の関数である、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
負荷感応型クラッチにより伝達されるトルクと原動機トルクとを同時に変えることにより、トルク差を第２の規定の値にまで減少させる、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
第２の規定の値がゼロである、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
負荷感応型クラッチにより伝達されるトルクと原動機トルクとを、目下入れられているギヤ段が解除されたときの値にまで戻すことにより、トルク差を第２の規定の値にまで減少させる、請求項６記載の方法。
【請求項８】
規定の時間周期が
【数１】
2004525326.tif 000005
であり、ただし；
Ｊｍｏｔ＝原動機の入力慣性、
Δω０＝時点ｔ０における同期化回転数、
ＭＨ−ＭＬ＝第１の規定のトルク差
である、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
第２の規定のトルク差が、ギヤチェンジの同期化段階中での車両加速度の関数である、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
規定の時間周期が
【数２】
2004525326.tif 000006
であり、ただし；
ａｆｚｒ＝車両加速度、
Δω＝Δｍｏｔ−｛ωｆｚｇ＋ａｆｚｇ［ｔ−ｔ０］｝
である、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
変速伝動装置の入力軸の回転数と出力軸の回転数とを監視し、入力軸および出力軸の回転数と目標変速比とから実際の同期化回転数を決定し、この場合、ゼロにまでの同期化回転数の正確でかつ柔軟な低下を保証するために、実際の同期化回転数を、閉じられたフィードバックループで使用する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
フィードバックループにより、負荷感応型クラッチにより伝達されるトルク量を制御して、第１の規定のトルク差を、目下の同期化回転数のための適当な値に調節する、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
同期化回転数がゼロに近づくと、フィードバックループを作動させる、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
目下入れられているギヤ段を解除してから第１の規定の時間周期が経過した後に、フィードバックループを作動させる、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
第２の規定の時間周期を第１の規定の時間周期と一致させる、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
同期化回転数が規定の値よりも下にまで低下したときに、フィードバックループを作動させる、請求項１３記載の方法。
【請求項１７】
フィードバックループにより、実際の目下の同期化回転数を基準同期化回転数と比較し、負荷感応型クラッチにより伝達されるトルクを高めるか、または減少させ、これにより第１の規定のトルク差を、実際の同期化回転数と基準同期化回転数との間の差と一致するように調節する、請求項１１記載の方法。
【請求項１８】
主として添付図面の図１〜図７につき説明しかつこれらの図面に図示したような方法。
【請求項１９】
原動機付き車両に用いられる自動的な伝動システムであって、
入力軸と出力軸とを包含する少なくとも２つの軸を備えた多段式の変速伝動装置が設けられており；
変速伝動装置の入力軸と原動機の出力軸との間に配置された始動クラッチが設けられており、該始動クラッチによって原動機と入力軸との間でトルクが伝達され得るようになっており；
互いに噛み合った多数の歯車対が設けられており、各歯車対の一方の歯車が、前記軸の一方の軸に対して相対回動不能の関係で組み付けられており、各歯車対の他方の歯車が、他方の軸に対して相対回転可能に組み付けられており；
各歯車対の、他方の軸に対して相対回転可能に組み付けられた他方の歯車が、該歯車を他方の軸に、選択的に該他方の軸と一緒に回転するように固定するための手段を有しており；
第１の歯車対の、他方の軸に対して相対回転可能に組み付けられた他方の歯車を他方の軸に、該他方の軸と一緒に回転するように固定するために形成された負荷感応型クラッチが設けられており；
変速伝動装置の入力軸の回転数と出力軸の回転数とを検出するための手段が設けられており；
１つのギヤ段から別のギヤ段へのギヤチェンジを導入するための手段が設けられており；
車両が運動状態にあるとき、原動機から変速伝動装置の入力軸へトルクを伝達するために始動クラッチが連結されており、かつ１つの歯車対の、他方の軸に対して相対回転可能に組み付けられた他方の歯車が他方の軸に、該他方の軸と一緒に回転するように固定されていて、これにより該歯車対が係合させられ、かつ入力軸から出力軸へトルクが伝達されるようになっている；
形式の自動的な伝動システムにおいて、
１つのギヤ段から別のギヤ段へのギヤチェンジを導入するための手段が操作されると、目下入れられているギヤ段により伝達されているトルクが徐々に負荷感応型クラッチと、該負荷感応型クラッチに対応配置されている第１の歯車対とによって迂回されるように負荷感応型クラッチを連結させる手段が準備されており；
負荷感応型クラッチにより伝達されるトルクが、予め規定された範囲内で原動機トルクに等しくなったときに、目下入れられているギヤ段を解除する手段が準備されており；
目下入れられているギヤ段の解除後に、負荷感応型クラッチにより伝達されるトルクと、原動機により形成されるトルクとの間のトルク差が第１の規定の値にまで高められ、これにより同期化回転数Δωがゼロへもたらされるように負荷感応型クラッチおよび／または原動機を制御する手段が準備されており、ただし：
同期化回転数Δω＝ωｍｏｔ−ｉωｌｓｋ
であり、この場合：
ωｍｏｔ＝入力軸の回転数、
ωｌｓｋ＝出力軸の回転数、
ｉ＝目標歯車機構の変速比
であり；
目下入れられているギヤ段が解除されてから第１の規定の時間周期が経過した後に、負荷感応型クラッチにより伝達されるトルクと、原動機により形成されるトルクとの間のトルク差を減少させて、これにより同期化回転数と入力軸の加速度とをゼロへ向かって補償するための手段が準備されており；
規定の範囲内で、同期化回転数がゼロになると、目標歯車機構の、他方の軸に対して相対回転可能に組み付けられた他方の歯車を他方の軸と係止させるための手段が準備されている；
ことを特徴とする、原動機付き車両に用いられる自動的な伝動システム。
【請求項２０】
負荷感応型クラッチの連結を制御し、これにより負荷感応型クラッチにより伝達されるトルクを、目下入れられているギヤ段の解除と、目標歯車機構の連結との間に高めるか、または低下させ、これにより同期化回転数を正確にかつスムーズにゼロへもたらすための、閉じられたフィードバックループが設けられている、請求項１９記載の伝動システム。
【請求項２１】
閉じられたフィードバックループが、入力軸回転数センサにより監視される入力軸の回転数と、出力軸回転数センサにより監視される出力軸の回転数と、既知の目標変速比とによって決定される目下の同期化回転数と一致するように負荷感応型クラッチを制御するようになっている、請求項２０記載の伝動システム。
【請求項２２】
同期化回転数がゼロに近付くと、閉じられたフィードバックを可能にする切換手段が準備されている、請求項２１記載の伝動システム。
【請求項２３】
閉じられたフィードバックループが、入力軸回転数センサにより監視される入力軸の回転数と、出力軸回転数センサにより監視される出力軸の回転数と、既知の目標変速比とによって決定される実際の目下の同期化回転数と基準同期化回転数との比較と一致するように負荷感応型クラッチを制御するようになっている、請求項２０記載の伝動システム。
【請求項２４】
添付図面の図１〜図７につき説明しかつ該図面に図示されているような伝動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝動システム、特にエンジン等の原動機を備えた原動機付き車両（Motorfahrzeug）に用いられる伝動システムであって、多段式の変速伝動装置が設けられており、該変速伝動装置が、負荷を受けてギヤチェンジを可能にするパワーシフトクラッチもしくは負荷感応型クラッチ（Lastschaltkupplung）を有している形式のものに関する。
【０００２】
多段式の変速伝動装置が摩擦クラッチによって車両の原動機、たとえばエンジンに結合されているような慣用の原動機付き車両用伝動システムでは、１つのギヤ段から別のギヤ段へのギヤチェンジを行うために摩擦クラッチが連結解除される。このような形式の変速伝動装置では、変速過程中に変速比を変えるためにクラッチが連結解除されている間、必ずけん引力もしくは駆動力の中断が生じる。
【０００３】
英国特許第２３４８２５５号明細書に開示されている伝動システムでは、始動のための第１のクラッチと、第２のクラッチである負荷感応型クラッチとが準備されており、これによりトルクが変速伝動装置によって連続的に伝達される間に変速比を変えることが可能となる。
【０００４】
英国特許第２３４８２５５号明細書に開示されている伝動システムの１実施例では、伝動システムが、始動クラッチを介して車両の原動機に結合されている入力軸と、車両の駆動されるホイールに結合されている出力軸とを備えた変速伝動装置を有している。
【０００５】
複数の歯車対が設けられていて、各歯車対の一方の歯車は入力軸に組み付けられており、各歯車対の他方の歯車は出力軸に組み付けられている。この場合、各歯車対はそれぞれ異なる変速比を提供する。各歯車対の第１の歯車は、この第１の歯車が取り付けられている軸に対して相対回動不能に固定されており、それに対して各歯車対の他方の歯車は対応する軸に、この軸に対して相対回転するように組み付けられている。各歯車対の第２の歯車を、対応する軸と連結させるために、スライドスリーブクラッチ、たとえば同期ユニットまたはドグクラッチもしくはつめクラッチが準備されている。さらに、歯車対のうちの１つ、有利には最大変速比、たとえば第５ギヤ段を提供する歯車対の第２の歯車を、対応する軸と一緒に回転するように連結させるために、負荷感応型クラッチが準備されている。
【０００６】
前で説明した伝動システムにおいてニュートラル位置からスタートした場合、始動ギヤ段が入れられる間、始動クラッチは連結解除される。しかし、走行中に目下のギヤ段から別のギヤ段へギヤチェンジするためには、始動クラッチは連結係合した状態のままとなる。たとえば第１の変速比から第２の変速比へチェンジするためには負荷感応型クラッチが連結されるので、最初は第１の変速比により入力軸から出力軸へ伝達されていたトルクが徐々に迂回されるようになり、その結果、トルクは負荷感応型クラッチと第５の変速比とにより伝達されるようになる。第１の変速比により伝達されるトルクがゼロにまで減少すると、第２の歯車を対応する軸と一緒に回転するように連結する同期ユニットまたはつめクラッチを連結解除することができる。次いで、負荷感応型クラッチが引き続き係合され、かつ／またはたとえば燃料供給の制御により原動機トルクが減じられることにより、原動機および変速伝動装置の入力軸の減速が行われる。この減速は、入力軸の回転数が、目下の車両速度のための第２の変速比のために適当となる回転数と同期するまで行われる。次いで、第２の歯車を連結させることができる。次いで、負荷感応型クラッチが連結解除されるので、負荷感応型クラッチと第５の変速比とにより伝達されていたトルクは再び第２の変速比によって伝達されるようになる。
【０００７】
前で説明したように、トルクはギヤチェンジの間、変速伝動装置によって連続的に伝達される。
【０００８】
本発明は、このようなギヤチェンジ時における目標歯車機構の同期化に関する。
【０００９】
本発明の１観点によれば、原動機付き車両の自動的な伝動システムであって、
入力軸と出力軸とを包含する少なくとも２つの軸を備えた多段式の変速伝動装置が設けられており；
変速伝動装置の入力軸と原動機の出力軸との間に配置された始動クラッチが設けられており、該始動クラッチによって原動機と入力軸との間でトルクが伝達され得るようになっており；
互いに噛み合った多数の歯車対が設けられており、各歯車対の一方の歯車が、前記軸の一方の軸に対して相対回動不能の関係で組み付けられており、各歯車対の他方の歯車が、他方の軸に対して相対回転可能に組み付けられており；
各歯車対の、他方の軸に対して相対回転可能に組み付けられた他方の歯車が、該歯車を他方の軸に、選択的に該他方の軸と一緒に回転するように固定するための手段を有しており；
第１の歯車対の、他方の軸に対して相対回転可能に組み付けられた他方の歯車を他方の軸に、該他方の軸と一緒に回転するように固定するために形成された負荷感応型クラッチが設けられており；
変速伝動装置の入力軸の回転数と出力軸の回転数とを検出するための手段が設けられており；
車両が運動状態にあるとき、原動機から変速伝動装置の入力軸へトルクを伝達するために始動クラッチが連結されており、かつ１つの歯車対の、他方の軸に対して相対回転可能に組み付けられた他方の歯車が他方の軸に、該他方の軸と一緒に回転するように固定されていて、これにより該歯車対が係合させられ、かつ入力軸から出力軸へトルクが伝達されるようになっている；
形式の自動的な伝動システムにおけるギヤチェンジのための方法において、該方法が以下のステップ：
ａ）負荷感応型クラッチを連結して、目下入れられているギヤ段により伝達されているトルクを徐々に負荷感応型クラッチと、該負荷感応型クラッチに対応配置されている第１の歯車対とによって迂回させ；
ｂ）負荷感応型クラッチにより伝達されるトルクが、予め規定された範囲内で原動機トルクに等しくなったときに、目下入れられているギヤ段を解除し、
ｃ）目下入れられているギヤ段の解除後に、負荷感応型クラッチにより伝達されるトルクと、原動機により形成されるトルクとの間のトルク差が第１の規定の値にまで高められ、これにより同期化回転数Δωがゼロへもたらされるように負荷感応型クラッチおよび／または原動機を制御し、ただし：
同期化回転数Δω＝ωｍｏｔ−ｉωｌｓｋ
であり、この場合：
ωｍｏｔ＝入力軸の回転数、
ωｌｓｋ＝出力軸の回転数、
ｉ＝目標歯車機構の変速比
であり、
ｄ）第１の規定の時間周期の後に、負荷感応型クラッチにより伝達されるトルクと、原動機により形成されるトルクとの間のトルク差を減少させるために負荷感応型クラッチおよび／または原動機を制御し、これにより同期化回転数と入力軸の加速度とをゼロへ向かって補償し；
ｅ）規定の範囲内で、同期化回転数がゼロになると、目標歯車機構の、他方の軸に対して相対回転可能に組み付けられた他方の歯車を他方の軸と係止させる；
を包含していることを特徴とする、自動的な伝動システムにおけるギヤチェンジのための方法が提供される。
【００１０】
前で説明したように、入力軸の回転数と出力軸の回転数とを迅速に同期化することができるので、ギヤチェンジを迅速にかつ穏やかに完了させることができる。
【００１１】
負荷感応型クラッチおよび／または原動機のトルク値における規定の差は、段形、斜面形または非線形のコマンドパスによって達成され得る。段形のコマンドは、負荷感応型クラッチトルクおよび原動機トルクの時間制御を算出するための簡単な解析手段が存在するという利点を有している。段形のコマンドの別の利点は、これにより同期化時間が減じられることである。段形のコマンドの欠点は、大きなトルク段が生じるため、運転者にとって快適性が不満足なものになる恐れがあることである。そのような場合にはランプ形もしくは斜面形（rampenfoermig）のコマンドの方が好都合となる。
【００１２】
負荷感応型クラッチおよび／または原動機は予め規定された回転数差に合わせて切り換えられる。この回転数差は特別なギヤチェンジ、運転者の快適性と関連した判断基準およびシステムの物理的な制限に関連している。原動機トルクと負荷感応型クラッチトルクとの間の差が大きくなればなるほど、ギヤチェンジはますます迅速に達成されることが望ましい。しかしこの場合、この差は特に段形のコマンドの場合には過度に大きくなってはならない。なぜならば、このことは変速快適性に不都合な影響を与えるからである。
【００１３】
できるだけ迅速なギヤチェンジを達成するためには、原動機トルクと負荷感応型クラッチトルクとを互いに逆の方向に切り換えて、別の制限の枠内でできるだけ大きな差を達成することが有利であるが、このことは必ずしも必要であるとは限らないか、あるいはそれどころか必ずしも可能になるとは限らない。択一的な別の手段としては、原動機トルクまたは負荷感応型クラッチトルクのうちのいずれか一方だけを切り換えるだけでよい。その場合、他方のトルクは、古いギヤ段が解除されたときのトルクに維持される。このような状況は、解除トルクがゼロに近いか、または最大原動機トルクに近い場合に生じ得る。
【００１４】
ギヤ段をシフトアップするためには、入力軸の回転数が同期化段階の間、減じられなければならない。したがって、負荷感応型クラッチトルクは有利には高められ、原動機トルクは有利には減じられる。シフトダウンのためには、入力軸の回転数が高められなければならない。したがって、負荷感応型クラッチトルクは有利には減じられ、原動機トルクは高められる。
【００１５】
トルク差は所定の時間周期の後に減じられる。この時間周期は簡単に算出され得る。ただしこの場合、トルクのために段形のコマンドが使用され、車両速度は同期化の間、一定であると仮定される。有利には、原動機トルク値の切換のためにも、負荷感応型クラッチトルク値の切換のためにも、共通の時間周期が使用され、これにより両トルク値の間の差が減じられる。しかし、両トルク値を互いに異なる時間で切り換えることも可能である。しかしこのことは切換時間の算出を複雑にし、かつギヤチェンジ品質の改善のための僅かなポテンシャルしか提供しない。
【００１６】
こうしてトルク差が減じられると、負荷感応型クラッチトルクも原動機トルクも、目下入れられているギヤ段が解除されたときのトルク値に戻され得る。しかし本発明の別の実施態様では、たとえばギヤチェンジ時の車両速度変化を考慮するために、負荷感応型クラッチトルクと原動機トルクとが種々異なる値に戻され、これによりトルク差が減じられる。
【００１７】
上に挙げた方法は種々の想定から出発する。たとえば；
ａ）負荷感応型クラッチおよび原動機の動的な反応は一次（erst.Ordnung）であり、かつ各ギヤチェンジの前には正確に知られていない反応遅延および時間定数のようなパラメータから出発する；
ｂ）目下入れられているギヤ段を解除する時点で負荷感応型クラッチトルクと原動機トルクとが互いに等しい；
ｃ）ギヤチェンジの同期化段階の間、車両速度が一定である；
ｄ）力伝達における偶発的な故障が生じない。
【００１８】
これらの想定は実際には正確にこの通りにはならないので、同期化回転数と入力軸の加速度との、ゼロへの正確な収斂（Konvergenz）を保証する、閉じられたフィードバックシステムが使用されると有利である。
【００１９】
本発明の別の有利な実施態様では、負荷感応型クラッチが引き続き制御され、これにより、負荷感応型クラッチにより伝達されるトルクが入力軸回転数および出力軸回転数の関数となるので、同期化回転数および／または入力軸の加速度がゼロへもたらされる。
【００２０】
本発明のさらに別の有利な実施態様では、同期化回転数と入力軸の加速度とがゼロに近づいたときにしか、閉じられたフィードバックシステムが使用されない。このことは、目下入れられているギヤ段の解除後に規定の時間周期でフィードバック制御を作動させることにより行うことができる。この場合、この時間周期は、原動機トルク値および／または負荷感応型クラッチトルク値がトルク差の低減のために切り換えられる時点と同じ時点であってよい。入力軸の加速度、負荷感応型クラッチトルクおよび／または原動機トルクは、フィードバック制御が作動させられる時点にも影響を与えることができる。択一的な別の手段としては、特定のシステム変数が規定の閾値に到達した場合、たとえば同期化回転数Δωが、規定された所定の限界値よりも下になった場合に、フィードバック制御を作動させることができる。
【００２１】
このようなフィードバック制御では、制御を同期化回転数の大きな範囲に合わせて調整することが困難となる。したがって、制御はできるだけ遅く導入されなければならないが、ただし過度に遅くなりすぎてはならない。これにより、同期化回転数を摩擦なしに調整することができる。このような制御ストラテジの成功は、負荷感応型クラッチアクチュエータの速度に臨界的に関連している。
【００２２】
本発明の択一的な別の実施態様では、フィードバック制御部が負荷感応型クラッチを制御し、これにより同期化回転数が規定のパス（軌道）を描き、最終的にはゼロに収斂するようにフィードバック制御部が配置されていてよい。このようなストラテジの使用下では、同期化を減速させることなしに、目下入れられているギヤ段を解除する時点でフィードバック制御が作動させられる。フィードバック制御の利点は引き続き維持される。
【００２３】
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００２４】
図１に概略的に図示したように、原動機付き車両の伝動システムは変速伝動装置１０を有している。この変速伝動装置１０の入力軸１２は摩擦式の始動クラッチ１８によって原動機１６、たとえばエンジンの出力軸１４に結合されている。始動クラッチ１８は慣用の構造を有している。すなわち、始動クラッチ１８は連行ディスク２０を有しており、この連行ディスク２０は変速伝動装置１０の入力軸１２と一緒に回転するように取り付けられている。この場合、連行ディスク２０は、原動機１６の出力軸１４と一緒に回転するように取り付けられたはずみ車２１との選択的な摩擦接続式の係合のために形成されている。
【００２５】
始動クラッチ１８の係合および係合解除を行うためには、作動部材もしくはアクチュエータ６５が準備されている。このアクチュエータ６５はハイドロリック式（液圧式）、ニューマチック式（空気圧式）または電気式のアクチュエータであってよい。本発明の有利な実施例では、アクチュエータ６５が遮断されているときに、始動クラッチ１８が連結されている。
【００２６】
入力軸１２に対して平行に、変速伝動装置１０の出力軸２２が取り付けられている。入力軸１２には、この入力軸１２と一緒に回転するように複数の歯車２０，２１，２２，２３，２４，２５から成る歯車セットが取り付けられている。出力軸２２には、この出力軸２２に対して相対的に回転するように複数の歯車３０，３１，３２，３３，３４，３５から成る対応する歯車セットが取り付けられている。歯車２０〜２４と歯車３０〜３４とは、それぞれ互いに噛み合った歯車対として配置されており、これらの歯車の大きさは、これらの歯車が種々異なる変速比を提供するように設定されている。すなわち、歯車２０と歯車３０とは第５の変速比を提供し、歯車２１と歯車３１とは第４の変速比を提供し、歯車２２と歯車３２とは第３の変速比を提供し、歯車２３と歯車３３とは第２の変速比を提供し、歯車２４と歯車３４とは第１の変速比を提供する。歯車２５と歯車３５との間には別の歯車３６が噛み合っており、これにより回転方向が逆転されて、後退変速比が提供される。
【００２７】
歯車３０と歯車３１との間もしくは歯車３２と歯車３３との間もしくは歯車３４と歯車３５との間には、スライドスリーブクラッチ４０，４１，４２、たとえばドグクラッチもしくはつめクラッチまたは同期ユニットが設けられている。これにより、図１で見てスライドスリーブクラッチ４０が軸方向で左側へ向かって運動させられると、これによって歯車３０が出力軸２２に相対回動不能に、つまりこの出力軸２２と一緒に回転可能となるように位置固定され、それに対してスライドスリーブクラッチ４０が軸方向で右側へ向かって運動させられると、これによって歯車３１が出力軸２２に、この出力軸２２と一緒に回転可能となるように位置固定される。同じく、スライドスリーブクラッチ４１の軸方向運動により、選択的に歯車３２または歯車３３が出力軸２２に、この出力軸２２と一緒に回転可能となるように位置固定され、スライドスリーブクラッチ４２の軸方向運動により、選択的に歯車３４または歯車３５が出力軸２２に、この出力軸２２と一緒に回転可能となるように位置固定される。アクチュエータ６０，６１，６２はスライドスリーブクラッチ４０；４１；４２のコントロールされた軸方向運動を導入するために設けられている。アクチュエータ６０，６１，６２はハイドロリック式、ニューマチック式または電気式のアクチュエータであってよい。
【００２８】
さらに、歯車３０を出力軸２２と選択的に相対回動不能に結合するために、パワーシフトクラッチもしくは負荷感応型クラッチ８０が設けられている。この負荷感応型クラッチ８０は有利には摩擦クラッチである。負荷感応型クラッチ８０の係合および係合解除を制御するためには、アクチュエータ８２が準備されている。このアクチュエータ８２はハイドロリック式、ニューマチック式または電気式のアクチュエータであってよい。このアクチュエータ８２は制御ユニットの自動的な制御下にあるので、ギヤチェンジ中での負荷感応型クラッチ８０の制御が可能となる。本発明の有利な実施例では、アクチュエータ８２が遮断されると、負荷感応型クラッチ８０が連結解除される。
【００２９】
変速伝動装置１０の入力軸１２および出力軸２２の回転速度を監視するためには、回転数センサ７０，７１が準備されている。これらの回転数センサ７０，７１は、入力軸１２および出力軸２２の回転速度に比例した信号を供給し、この信号は制御ユニットに送信される。
【００３０】
前で述べた伝動システムにおいて車両が停止位置にあり、そして変速伝動装置がニュートラル位置にある場合、スライドスリーブクラッチ４０，４１，４２はそれぞれその真ん中の位置に位置しているので、全ての歯車３０，３１，３２，３３，３４，３５は出力軸２２に対して相対的に回転可能である。始動クラッチのためのアクチュエータ６５が遮断されるので、始動クラッチ１８は連結され、負荷感応型クラッチ８０のためのアクチュエータ８２が遮断されるので、負荷感応型クラッチ８０は連結解除される。したがって、始動クラッチ１８が連結されているけれども、出力軸２２に駆動力は伝達されない。
【００３１】
始動ギヤ、たとえば第１速ギヤもしくは第１ギヤ段を入れるためには、アクチュエータ６５が励起されて、始動クラッチ１８が連結解除される。次いで、スライドスリーブクラッチ４２がアクチュエータ６２によって図１で見て左側へ向かって運動させられるので、歯車３４が出力軸２２に、この出力軸２２と一緒に回転可能となるように固定される。次いで、アクチュエータ６５を遮断して、始動クラッチ１８を再び連結することができるので、エンジンもしくは原動機１６から出力軸１４と始動クラッチ１８と入力軸１２と歯車２４と歯車３４とを介して出力軸２２へトルクが伝達される。
【００３２】
走行中に、たとえば第１の変速比から第２の変速比へのギヤチェンジを行うためには、始動クラッチ１８が連結されたままとなる。そしてアクチュエータ８２が励起され、これにより負荷感応型クラッチ８０が連結される。負荷感応型クラッチ８０のプレートが係合方向に運動する間、入力軸１２から出力軸２２へ伝達されるトルクは徐々に第１の変速比（歯車２４および歯車３４）から負荷感応型クラッチ８０と歯車２０および歯車３０とに伝達されてゆく。負荷感応型クラッチ８０により伝達されるトルクが原動機トルクに等しくなると、アクチュエータ６２によってスライドスリーブクラッチ４２を真ん中の位置にまで戻すことができる。これにより、歯車３４は出力軸２２から解離され、第１のギヤ段が抜かれる。次いで、負荷感応型クラッチ８０の連結が引き続き進められ、かつ／または原動機トルクが減じられ、これにより入力軸１２の回転数が出力軸２２の回転数と同期化されるようになる。これによって新しい（第２の）ギヤ段２３，３３を入れることができる。その場合、アクチュエータ６１によってスライドスリーブクラッチ４１を図１で見て右側へ向かって運動させることにより第２のギヤ段２３，３３を入れることができる。これにより、歯車３３は出力軸２２に、この出力軸２２と一緒に回転可能となるように固定される。
【００３３】
次いで、アクチュエータ８２によって負荷感応型クラッチ８０を連結解除することができる。それに対して、始動クラッチ１８は連結されたままとなる。これにより、トルクは負荷感応型クラッチ８０から第２の変速比、つまり歯車２３と歯車３３とに戻し伝達される。
【００３４】
トルクは、前で説明したように、その都度１つのギヤ段から別のギヤ段へのギヤチェンジの間、伝動システムによって連続的に伝達される。
【００３５】
前で説明したようにして１つのギヤ段から別のギヤ段への変速が行われる場合、入力軸１２の回転数と出力軸２２の回転数とを、古いギヤ段を抜いた後でかつ新しいギヤ段を入れる前に、乗り心地を損なうことなしにできるだけ迅速に同期化させることが望ましい。
【００３６】
本発明によれば、図２に示したように、古いギヤ段（第１のギヤ段）が時点ｔ０で抜かれると、負荷感応型クラッチ８０により伝達されるトルクＭｌｓｋは原動機トルクＭｍｏｔに等しくなり、すなわちＭＯに等しくなる。シフトアップ、つまり第１の変速比から第２の変速比への変速のためには、ギヤ抜き時点ｔ０で負荷感応型クラッチ８０が一層連結されるので、負荷感応型クラッチ８０により伝達されるトルクＭｌｓｋは予め規定されたトルクＭＨにまでステップアップされる。それに対して、エンジンもしくは原動機１６は、原動機トルクＭｍｏｔを予め規定された値ＭＬにまでステップダウンさせるために制御される。値ＭＨおよびＭＬはその都度のギヤチェンジに関連している。
【００３７】
こうして、入力軸の回転数と、出力軸の回転数と新しい変速比との積との間の差である同期化回転数△ωは、図２に示したようにゼロへ向かって減少する。ＭＨとＭＬとの間の差が大きくなればなるほど、同期化回転数△ωはますます迅速にゼロに近づく。
【００３８】
予め規定された時間周期の後に、つまり切換時間ｔ１の後に、原動機トルクＭｍｏｔおよび負荷感応型クラッチ８０により伝達されるトルクＭｌｓｋはＭＯにまでステップバックされるので、同期化回転数△ωおよび入力軸の回転数加速度△ω′は、図２に示したように徐々にゼロで収斂する。
【００３９】
同期化回転数がゼロに到達するか、または規定の限界値内に達すると、前で説明したようにして新しいギヤ段を入れることができる。
【００４０】
不都合なしの動的なモデルのためには、入力軸の回転数と出力軸の回転数との同期化の間、車両速度が一定であり、かつ古いギヤ段が抜かれた際に原動機トルクと負荷感応型クラッチトルクとが時点ｔ０で等しい状態にあると仮定して、切換時間は以下のように規定される：
【００４１】
【数１】
2004525326.tif 000003
【００４２】
ただし：
Ｊｍｏｔ＝原動機の入力慣性；
△ω０＝時点ｔ０での同期化回転数；
であり、そして；
△ω０＝ωｍｏｔ−ｉωｌｓｋ（時点ｔ０）；
であり、この場合；
ωｍｏｔ＝入力軸の回転数；
ωｌｓｋ＝出力軸の回転数；
ｉ＝新しい変速比
である。
【００４３】
図２に示した例では、車両速度が３０ｋｍ／ｈであり、かつギヤ抜きトルクＭＯ＝３０Ｎｍであり、ただしトルク基準値ＭＨは通常７０Ｎｍであり、トルク基準値ＭＬは通常ゼロである。この例によれば、第１のギヤ段から第２のギヤ段へのギヤチェンジのための切換時間が、通常０．５秒のオーダにある。
【００４４】
図３に示したように、シフトダウンのためには類似のストラテジを使用することができる。しかし、シフトダウン時では、入力軸の回転数を出力回転数と同期化させるために入力軸の回転数を増大させなければならない。したがって、時間ｔ０において原動機トルクがＭＨにまで高められ、負荷感応型クラッチにより伝達されるトルクがトルクＭＬにまで低下される。
【００４５】
図４に示した実施例では、時点ｔ０において原動機トルクがトルクＭＬにまで低下され、負荷感応型クラッチ８０により伝達されるトルクはＭＯのままとなる。
【００４６】
事情によっては必要となり得ることではあるが、切換時間、ひいては同期化時間は著しく高められる。
【００４７】
たとえば、３０ｋｍ／ｈで運動しかつギヤ抜きトルクＭＯ＝３０Ｎｍを有し、ただし限界トルク値ＭＨ＝３０ＮｍおよびＭＬ＝０Ｎｍであるような車両の場合には、切換時間が１．２秒にまで高められる。
【００４８】
前で説明した動的モデルでは、入力軸の回転数と出力軸の回転数との同期化の間、車両速度は一定であることが想定される。しかし、車両は通常、同期化の間、加速する。変速伝動装置の出力慣性は入力慣性に比べて比較的高いので、車両加速度が同期化の間、一定であるものと想定することが理性的である。このような事情下で同期化回転数は；
Δω＝Δｍｏｔ−ｉ｛ωｌｓｇ＋ａｆｒｇ［ｔ１−ｔ０］｝
である。ただし
ａｆｒｇ＝車両の減速度である。
【００４９】
このような事情下に切換時間は；
【００５０】
【数２】
2004525326.tif 000004
である。
【００５１】
したがって、図５に示したように、前記方程式により切換時間ｔ１を算出することによって、一定の車両加速度を考慮することができる。さらに、たとえば第１のギヤ段から第２のギヤ段へのシフトアップのためには、切換時点ｔ１においてクラッチトルクがＭＯ−Ｊｉａｆｚｇにまで減じられ、それに対して原動機トルクはＭＯにまで高められ、この場合、加速度ａｆｚｇが時点ｔ０で測定される。
【００５２】
理想化された動的モデルからの別の偏差を考慮するためには、閉じられたフィードバック制御システムが準備される。これにより、同期化回転数および入力軸の加速度がギヤチェンジの同期化段階の間、正確にかつなだらかにゼロに収斂することが確保される。
【００５３】
図６に示したように、本発明の１実施例では、作動部材もしくはアクチュエータ８２による負荷感応型クラッチ８０の連結が、電子制御ユニット１００の制御下に制御される。制御ユニット１００は、クラッチ基準トルクＭｏｌｌｓｋに相当する出力信号に応答する。このクラッチ基準トルクは、シフトチェンジがシフトアップであるか、またはシフトダウンであるかに関連して、または前で述べたように同期化の間、車両加速度が考慮されるのかどうかに関連して、ＭＨ、ＭＬ、ＭＯ−Ｊｉａｆｚｇであってよい。
【００５４】
図６に示した実施例では、開いた制御回路（開ループ回路）のクラッチ基準トルクＭｏｌｌｓｋに等しい入力値が、制御ユニット１００に導入される。生ぜしめられる実際の同期化回転数Δωは制御ユニット１００によって、入力軸の回転数を表す回転数センサ７０の信号と、出力軸の回転数を表す回転数センサ７１の信号と、既知の目標変速比を表す信号とを使用して算出される。実際の同期化回転数は次いでフィードバック制御部１０２へ導入される。このフィードバック制御部１０２はクラッチ基準トルク補正値Ｍｃｌｌｓｋを形成する。このクラッチ基準トルク補正値Ｍｃｌｌｓｋはクラッチ基準トルクＭｏｌｌｓｋに加算され、これにより補正されたクラッチ基準トルク値Ｍｒｌｓｋが得られ、このクラッチ基準トルク値Ｍｒｌｓｋは制御ユニット１００に導入される。
【００５５】
このような閉じられたフィードバックシステム（閉ループ回路）では、システムを大きな同期化回転数値に合わせて調整することが困難となる。したがって、切換手段１０４が準備される。これにより、フィードバック制御は、同期化回転数がゼロに近づいた場合にしか使用されなくなる。切換手段１０４は、ギヤ抜き時間ｔ０後の規定の時点において、たとえば切換時点ｔ１において閉じるように配置されていてよい。択一的には切換手段１０４は、同期化回転数が、予め設定された値よりも下に低下した場合に閉じるように配置されていてよい。
【００５６】
図７に示した改良形では、システムモデルブロック１０６により、前で述べた開制御を主体として基準同期化回転数信号Δωｒが算出される。この基準同期化回転数信号Δωｒは次いで、制御ユニット１００により規定される実際の同期化回転数Δωと比較され、フィードバック制御部１０２により、実際の同期化回転数Δωと基準同期化回転数信号Δωｒとの間の差に相当する補正値Ｍｃｌｌｓｋが形成される。これにより、閉じられたフィードバックシステムは、理想的な同期化回転数曲線に追従しようと試みる。この閉じられたフィードバックシステムでは、同期化が達成されるまで、フィードバック制御部がギヤ抜き時点ｔ０から連続的に作動する。
【００５７】
前で述べたフィードバック制御システムのフィードバック制御部１０２は、クラッチ基準トルク補正値Ｍｃｌｌｓｋを算出するために比例−積分−微分アルゴリズムまたはオンオフアルゴリズムを使用することができる。
【００５８】
本発明から逸脱することなしに種々の改良形を実施することができる。たとえば前で説明した実施例では各歯車対のうちの１つの歯車が変速伝動装置の出力軸に、回転するように組み付けられているが、しかし択一的な別の実施例では、相対回転可能な歯車が変速伝動装置の入力軸に組み付けられているか、または変速伝動装置の入力軸と出力軸との間に配置されている中間軸に組み付けられていてよい。また、さらに別の実施例では、相対回転可能な歯車のうち幾つかは変速伝動装置の入力軸に、幾つかは変速伝動装置の出力軸に、かつ／または幾つかは中間軸にそれぞれ組み付けられていてよい。
【００５９】
また、負荷感応型クラッチも、第１の歯車対のうちの回転可能に組み付けられた歯車を、変速伝動装置の入力軸、変速伝動装置の出力軸または中間軸に、これらの軸と一緒に回転可能となるように位置固定するために形成されていてもよい。
【００６０】
さらに、第１の歯車対が最大変速比に相当していることが有利ではあるが、しかしそれぞれ別の変速比を負荷感応型クラッチによって選択的に結合させることもできる。
【００６１】
本願で提出した特許請求の範囲の請求項は記述提案であって、別の請求項の申請を断念するものではない。本出願人は明細書および／または図面に開示されているに過ぎない別の特徴組み合わせについて特許を申請する権利を留保する。
【００６２】
従属請求項に用いた引用は、各従属請求項の特徴による独立請求項の対象の別の構成を意味し、引用した従属請求項の特徴の組み合わせのための独立した対象保護を得ることを断念することを意味するものではない。
【００６３】
従属請求項の対象は優先権主張日の時点での公知先行技術に関して独立した固有の発明を成し得るので、本出願人はこれらの従属請求項の対象を独立請求項の対象とすることを留保する。さらに、これらの従属請求項の対象は、先行する従属請求項の対象とは別個の独立した構成を有する独立した発明をも含んでいる場合がある。
【００６４】
本発明は明細書に記載した実施例に限定されるものではない。むしろ、本発明の枠内で数多くの変化と変更とが可能であり、特に明細書全般および実施例ならびに請求の範囲に記述されかつ図面に示された特徴もしくは部材または方法段階と関連した個々の特徴の組み合わせまたは変更により、当業者にとって課題解決に関して推察可能であり、かつ組み合わされた特徴によって新しい対象または新しい方法段階もしくは方法段階順序をもたらすようなヴァリエーション、部材および組合わせおよび／または材料が、製造法、試験法および作業法に関しても考えられる。
【００６５】
本願で提出した特許請求の範囲の請求項は記述提案であって、別の請求項の申請を断念するものではない。本出願人は明細書および／または図面に開示されているに過ぎない別の特徴組み合わせについて特許を申請する権利を留保する。
【００６６】
従属請求項に用いた引用は、各従属請求項の特徴による独立請求項の対象の別の構成を意味し、引用した従属請求項の特徴の組み合わせのための独立した対象保護を得ることを断念することを意味するものではない。
【００６７】
従属請求項の対象は優先権主張日の時点での公知先行技術に関して独立した固有の発明を成し得るので、本出願人はこれらの従属請求項の対象を独立請求項の対象とすることを留保する。さらに、これらの従属請求項の対象は、先行する従属請求項の対象とは別個の独立した構成を有する独立した発明をも含んでいる場合がある。
【００６８】
本発明は明細書に記載した実施例に限定されるものではない。むしろ、本発明の枠内で数多くの変化と変更とが可能であり、特に明細書全般および実施例ならびに請求の範囲に記述されかつ図面に示された特徴もしくは部材または方法段階と関連した個々の特徴の組み合わせまたは変更により、当業者にとって課題解決に関して推察可能であり、かつ組み合わされた特徴によって新しい対象または新しい方法段階もしくは方法段階順序をもたらすようなヴァリエーション、部材および組合わせおよび／または材料が、製造法、試験法および作業法に関しても考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の対象を成す伝動システムの概略図である。
【００７０】
【図２】図１に示した伝動システムのシフトアップのための、原動機トルクＭｍｏｔ、負荷感応型クラッチトルクＭｌｓｋおよび同期化回転数Δωを時間との関係で表す線図である。
【００７１】
【図３】シフトダウンのための、図２と同様の線図である。
【００７２】
【図４】シフトアップのための択一的な別の制御ストラテジを示す、図２と同様の線図である。
【００７３】
【図５】シフトアップのためのさらに別の改良された制御ストラテジを示す、図２と同様の線図である。
【００７４】
【図６】図１に示した伝動システムにおいて使用される、閉じられたフィードバックシステムを示すブロック回路図である。
【００７５】
【図７】改良された、閉じられたフィードバックシステムを示すブロック回路図である。
【図２】
2004525326.tif 000007
【図３】
2004525326.tif 000008
【図４】
2004525326.tif 000009
【図５】
2004525326.tif 000010
【国際公開パンフレット】
2004525326.tif 000011
2004525326.tif 000012
2004525326.tif 000013
2004525326.tif 000014
2004525326.tif 000015
2004525326.tif 000016
2004525326.tif 000017
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2004525326.tif 000019
2004525326.tif 000020
2004525326.tif 000021
2004525326.tif 000022
2004525326.tif 000023
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2004525326.tif 000025
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2004525326.tif 000027
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2004525326.tif 000029
2004525326.tif 000030
2004525326.tif 000031
2004525326.tif 000032
2004525326.tif 000033
2004525326.tif 000034
2004525326.tif 000035
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2004525326.tif 000037
2004525326.tif 000038
2004525326.tif 000039
2004525326.tif 000040
2004525326.tif 000041
2004525326.tif 000042
2004525326.tif 000043
2004525326.tif 000044
【国際調査報告】
2004525326.tif 000045
2004525326.tif 000046
2004525326.tif 000047
2004525326.tif 000048