(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のギヤ段を持つ多段トランスミッションを備える車両のため、発進ギヤ段を求める方法において、すなわちその多段トランスミッションが、駆動側では選択により締結可能な発進クラッチによって、エンジントルクを生じる駆動エンジンと連結可能であり、末端側では伝動装置によって車両の駆動輪と連結されており、この駆動輪は駆動力を伝達し、その際発進ギヤ段は電子的制御装置によって、少なくとも車両質量（８）ともう１つの変数（６）とに依存して求められ、この変数は車両の登坂抵抗を含む走行状態に依存する上記の方法において、
−発進プロセスにおける発進クラッチのスリップ時間（１２）の最大許容数値および／または摩擦仕事量（１４）の最大許容数値、ならびに発進に使用できるエンジントルク（１０）を求めることと、
−発進に適したギヤ段（１８）のうち最も高い段から始め、１つの計算ループにおいて、すなわちギヤ段の変速比（１９）と、車両質量（８）と、走行状態に依存する変数（６）と、発進に使用できるエンジントルク（１０）とに依存して、スリップ時間（２０）および／または摩擦仕事量（２２）を事前に計算することと、
−その事前に計算された数値（２０、２２）を最大許容数値（１２、１４）と比較することと、
−事前に計算されたそれらの数値の少なくとも１つが最大許容数値より大きいときは、発進に適したギヤ段のうち次に高い段により計算ループを繰り返すことと、
−事前に計算されたそれらの数値が最大許容数値より小さいときは、最大許容数値と比較したそのギヤ段を発進ギヤ段としてアウトプットすることと
を備えることを特徴とする、上記の方法。
【請求項２】
スリップ時間（１２）および／または摩擦仕事量（１４）の最大許容数値を、路面傾斜（６）、車両質量（８）および／またはクラッチの負荷状態（１７）に応じて、電子的制御装置にファイルすることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
車両質量（８）を次のような方法で求めることを特徴とする、すなわち、１つの測定期間範囲内に少なくとも２つの異なる時点の測定を含む方法であって、それらの測定により、駆動エンジンから生じて車両の駆動輪に運動方向に作用する駆動力を表す駆動力変数が少なくとも１つずつ、そして車両の運動を表す運動変数が少なくとも１つずつ求められるが、その際２つの測定のうち一方は、多段トランスミッションのギヤシフトを行うため発進クラッチが開放されていて駆動力が働かない段階で行われ、２つの測定のうち他方は、発進クラッチが締結されていて駆動力が駆動輪に伝達される駆動力段階で行われ、そしてまた２つの異なる時点の測定で求められた変数によりその時点の車両質量が計算されるという方法により求めることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
２つの測定のうち最初の測定が第一のデータ収集期間を含み、２つの測定のうち２番目の測定が第二のデータ収集期間を含み、２つのデータ収集期間の長さがある１つの最小限時間より長く、駆動力変数がそれぞれのデータ収集期間の間作用する駆動力の時間的積分に対応し、そして運動変数はそれぞれのデータ収集期間の間に生じる車両の速度変化に対応することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
車両が動いている間、車両に依存するそのほかの変数が、車両質量（８）、その時点の駆動力（４）およびそれらから生じるその時点の車両加速度（２）から求められることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
車両に依存するそのほかの変数（６）が車両の転がり抵抗を含むことを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、複数のギヤ段を持つ多段トランスミッションを備える車両のため、発進ギヤ段を求める方法に関する。
【０００２】
（背景技術）
とくに段数の多い多段トランスミッションを持つ重い商用車両の場合、発進に適するさまざまなギヤ段があり、それらの中から、積載状態や走行状態に応じて１つのギヤ段を発進ギヤ段として選択する。
【０００３】
たとえば平坦なコースで１６速トランスミッションを持つ無積載の商用車が最適な発進を行うには、５速を発進ギヤ段として選択するのが有利であり得る。しかし商用車が傾斜のあるコース上で満載状態の場合は、１速または２速で発進しなければならないことがあり得る。ある１つの走行条件で選択した発進ギヤ段が低過ぎれば、不必要に何回もギヤシフトを行う結果となる。選択した発進ギヤ段が高過ぎれば、発進クラッチの負荷が高くなって発進プロセスが長くなり、選択された発進ギヤでは使用できる駆動力が不十分な場合は、プロセスを中断しなければならなくなる。
【０００４】
発進の際には、車両が停車しているとき発進クラッチのエンジン側部分とトランスミッション側部分の間に回転数の差があり、これはスリップ段階の間に解消される。このスリップ段階の間、発進クラッチは１つのトルクを伝達し、これによりトランスミッション入力軸と車両は加速される。スリップ段階の間、通常は乾式クラッチとして形成されている発進クラッチにはいちじるしい摩擦仕事量を生じ、これにより高温が発生する。スリップ段階終了時に、発進クラッチの各部分はエンジン回転数と同期して回転する。発進時に選択した発進ギヤ段が高過ぎると、トランスミッション入力軸で得られる加速はきわめて小さく、そのためスリップ段階は非常に長時間かかり、発生する高温が発進クラッチを損傷する。傾斜のあるコースでは、駆動力が勾配抵抗より小さく、そのため車両が後退を始めるケースが生じることがある。
【０００５】
在来型の機械的な多段トランスミッションを備える車両の場合は運転者が発進ギヤ段を選択するが、発進ギヤ段を求める方法はオートマチック多段トランスミッションに使用するのが好ましい。この場合、適当する発進ギヤ段を電子的な制御装置に求めさせ、運転者にはたとえばディスプレイにより提案することができる。このようなディスプレイは、もちろん在来型の機械的な多段トランスミッションを持つ車両の場合も、運転者に役立つことがある。この算出された発進ギヤ段を、オートマチック多段トランスミッションまたは負荷応動式トランスミッションに、車両が停止したとき自動的に入れさせることももちろん可能である。
【０００６】
ＵＳ５，４０６，８６２は、発進ギヤ段を求める１つの方法を開示しているが、この場合発進ギヤ段は電子的制御装置により、車両質量と路面傾斜に依存して求められる。特性マップメモリーには適当する発進ギヤ段が、車両質量と、傾斜センサーが求める路面傾斜とに応じてファイルされる。
【０００７】
一定のタイプのトランスミッションが、通常さまざまなタイプの車両またはそのバリエーションに使用されるが、これらの車両は、車両質量や駆動エンジンにおいてもたがいに異なることがある。発進ギヤ段がファイルされている特性マップの場合、バリエーション固有のマップを、すなわち異なる車両バリエーションには異なる数値のマップを割り当てなければならない。
【０００８】
特性マップのある決定された数値割り当てがクラッチ負荷におよぼす影響は、この場合直接には認めることができないので、決定された設定の影響を、特性マップ全体に対して、その都度手間をかけて検証しなければならない。設定エラーは発進クラッチの破損につながることがある。
【０００９】
本発明の課題は、従来の技術から出発して、発進ギヤ段を求める１つの方法を開発することであって、この方法は設定エラーに対し高い安全性を示し、またこの場合諸設定をさまざまなバリエーションに容易に適合させることができ、また発進クラッチの許容される負荷を考慮しながら、つねに可能な限りもっとも高い発進ギヤ段を準備するものとする。
【００１０】
（発明の開示）
本発明の課題は、主請求項の諸特徴を示す方法によって解決される。本発明の有利な仕上げ形態を従属請求項に記載した。
【００１１】
本発明では発進ギヤ段を、発進に使用できるエンジントルク、発進プロセスにおける発進クラッチの最大スリップ時間および／または最大摩擦仕事量に依存して求める。このためにまず、使用できるエンジントルク、発進プロセスにおける発進クラッチのスリップ時間の最大許容数値および／または摩擦仕事量の最大許容数値を求める。発進に適当するギヤ段のうち最高のものから始め、１つの計算ループにおいて、すなわちそのギヤ段の変速比、車両質量、走行抵抗、および発進に使用できるエンジントルクに依存して、スリップ時間およびまたは摩擦仕事量の数値を事前に計算する。この事前に計算した数値を、前もって求めた最大許容数値と比較する。この計算ループは、発進に適当するギヤ段のうち順次その次に高い段により繰り返し、事前に計算された数値が最大許容数値より小さいかそれに等しくなるまでこれを行う。この最後のギヤ段を発進ギヤ段としてアウトプットする。走行抵抗を走行中に短い間隔で周期的に計算するので、車両の停止後は、その都度その時点の発進ギヤを準備することができる。
【００１２】
この場合その都度最適な発進ギヤ段が、発進クラッチの最大負荷能力に直接依存して求められる。発進クラッチの最大負荷能力を超えることは決してない。さまざまな車両バリエーションに適合するためには、主として、発進に使用できるエンジントルクや、通常知られている走行抵抗係数といった車両パラメーターを変えればよい。
【００１３】
スリップ時間および／または摩擦仕事量の最大許容数値は、路面傾斜、および車両質量、および／またはクラッチの負荷履歴を考慮するクラッチの負荷状態に応じて、電子的制御装置に−好ましくは特性マップメモリーに−ファイルするのが有利である。これによって、発進クラッチの損傷につながることがある設定エラーに対して、高い安全性が得られる。同様にして発進に使用できるエンジントルクも、路面傾斜および／または車両質量に依存して求めることができる。かならずしもすべての状況において、エンジンフルロードで発進する必要はない。
【００１４】
車両質量は運転者が入力することもできるし、シャシーのセンサーで測定することもできる。しかしとくに有利なのは、通常備えられている車輪速センサーを用いて、次のような方法で車両質量を求めることである。すなわち１つの測定期間内の２つの異なる時点の測定において、それぞれ１つの駆動力変数とそこから生じる１つの運動変数を求めるという方法である。
【００１５】
この種の方法はたとえばＥＰ０６６６４３５Ａ２から知られており、これは駆動エンジンから生じる駆動力を２つの異なる時点に測定し、そこから加速度を得るというものである。ここでは未知の走行抵抗は、順次行われる２つの測定の際両測定ともほぼ等しいので、これらの未知の変数は省略できるものと想定している。この知られた方法の場合、駆動力段階においても、多段トランスミッションのギヤシフトのためクラッチが開放されて駆動力が働かない段階においても、それぞれ車輪トルクの数値と車両加速度の数値が求められ、そこから車両のその時点の質量を計算できる。
【００１６】
次のような場合とくに有利であることがわかっている。すなわちこの方法の発展形として、２つのうち最初の測定が第一のデータ収集期間を含み、２つのうち２番目の測定が第二のデータ収集期間を含み、２つのデータ収集期間の長さがある１つの最小期間よりも長く、駆動力変数が各データ収集期間に作用する駆動力の時間的な積分に対応し、運動変数が各データ収集期間に生じる車両の速度変化に対応する場合である。この方法を質量測定の基礎とするならば、そのためにセンサーを追加する必要なしに、発進ギヤ段を求めることができる。
【００１７】
質量測定のこの方法は、次の方程式に基づく。
【数１】
0004312387.tif 000002
ここで各表記の意味は次の通り。
ＭＦｚｇ  求められるべき車両質量。単位はｋｇ。
ＦＺｕｇ       駆動力、または車輪で計算されたエンジントルク。単位はＮ。
Ｍｇａｎｇ     平行運動に還元されて、車両のエンジン、クラッチ及び多段トランスミッションの慣性トルクの合計に対応する補正変数。単位はｋｇ。
ｔ０、ｔ１     駆動力段階の当初時点及び最終時点。
ｖ０、ｖ１     駆動力段階の開始時および終了時の車両速度。単位はｍ／ｓ。
ｖ２、ｖ３     駆動力が働かない段階の開始時および終了時の車両速度。単位はｍ／ｓ。
【００１８】
ここで本出願者の事前公開されていない古い特許出願ＤＥ１９８３７３８０．５を参照されたい。それは質量測定の方法を対象とする出願である。その内容は本出願の開示内容に属するものであることを言明する。
【００１９】
本発明の発進ギヤ段を求める方法のもう１つの有利な仕上げ形態では、勾配抵抗を含む走行状態に依存する変数を、その車両が動いている間に、車両質量、その時点の駆動力、およびそこから生じるその時点の車両加速度から求める。これにより、知られている方法とは異なり、路面傾斜を測定する傾斜センサーが省かれる。
【００２０】
この方法のもう１つの有利な形態では、走行状態に依存する変数が、車両の勾配抵抗のほかとくに車両の転がり抵抗を含み、この転がり抵抗は発進プロセスの際にも働くものとする。これにより、発進プロセスの際に主として車両の勾配抵抗と転がり抵抗から構成される実際の走行抵抗が、より良好に再構成される。空気抵抗は発進プロセスでは無視できる。
【００２１】
車両質量ＭＦｚｇという変数、その時点の駆動力ＦＺｕｇおよび車両加速度ａＦｚｇから、運動方程式を解くことにより、転がり抵抗と勾配抵抗の合計に等しい走行抵抗を算出することができる。
【００２２】
（発明を実施するための最良の形態）
添付の図面を用いて本発明の方法をさらに詳しく説明する。
【００２３】
図１で６という番号を付したのは走行抵抗を計算するブロックであって、この走行抵抗とは走行状態に依存し、車両質量８、駆動輪に働く駆動力４およびそこから生じる車両加速度２から得られるものである。発進に使用できるエンジントルク１０、発進プロセスにおける発進クラッチの最大許容スリップ時間１２、ならびに最大許容摩擦仕事量１４は、それぞれ車両質量８、その時点の走行抵抗６、およびクラッチの負荷状態を記述する変数１７に依存して求められる。ブロック１６では、発進ギヤがこれらの変数１０、１２、１４に依存して求められる。
【００２４】
具体的には各ブロックで次の手順段階が行われる。
【００２５】
各時点の車両加速度ａＦｚｇ２は車両速度の時間に対する導管数に対応し、好ましくは車輪速センサーによって測定される。
【００２６】
車両の駆動輪に作用する駆動力ＦＺｕｇ４は、エンジントルクと、それぞれのギヤ速におけるエンジンと駆動輪の間の変速比から求められ、その際ドライブトレインの個々の構成部分の効率も考慮される。エンジントルクに対する信号は、好ましくはエンジン制御装置が供給するか、あるいは別な方法として、負荷センサーのポジション、エンジン回転数、および制御装置にファイルされたエンジン特性マップから求めることができる。
【００２７】
ブロック６では次の方程式により、走行抵抗が求められる。
【数２】
0004312387.tif 000003
ここで各表記の意味は次の通り。
ＦＺｕｇ      駆動力
ＭＦｚｇ      車両質量
ａＦｚｇ      車両加速度
他方では、空気抵抗を無視した場合の走行抵抗は、勾配抵抗と転がり抵抗の合計に等しい。
【００２８】
【数３】
0004312387.tif 000004
ここで各表記の意味は次の通り。
ｇ              重力加速度
α              登坂角度
ｋＲｏｌｌｏ    速度に依存する転がり抵抗係数
上記の２つの式を等置することにより、必要であればその時点の登坂角度αをも求めることができる。
【００２９】
発進に使用できるエンジントルク１０、発進プロセスにおける最大許容スリップ時間１２、ならびに最大許容摩擦仕事量１４は、車両質量８、走行抵抗、およびクラッチの負荷状態１７に依存して、電子的制御装置の特性マップにファイルするのが有利である。車両質量および走行抵抗が大きくなるのに従い、そしてそれまでのクラッチ負荷が小さくなるのに従って、特性マップにファイルされた変数の数値は大きくなる。特性マップにファイルされた変数を介して、発進クラッチの負荷を直接に制御し、確実に上限を抑えることができる。
【００３０】
クラッチの負荷状態は、たとえば温度、または前回のクラッチ負荷以来経過した時間を用いて記述できる。とくに計算上の変数であって、かつその時間にクラッチに生じた摩擦仕事を考慮し、そして近い時点に生じた摩擦仕事よりも、それ以前の時点に生じた摩擦仕事をより小さく評価するする変数は、負荷状態の記述に適している。
【００３１】
ブロック１６の基礎となる発進ギヤ決定のアルゴリズムを、図２を用いて説明する。カウント変数ｋをブロック１８ではまず、発進に適当するギヤ段のうち最も高い段に対応する数値と等しく置く。ブロック１９ではトランスミッション変速比をギヤ段に依存して求める。各ギヤ段のトランスミッション変速比は、電子的制御装置にファイルされている。ギヤ段の変速比、その時点の車両質量、その時点の走行状態および使用できるエンジントルクに依存して、これらのギヤ段それぞれに対し、発進プロセスにおけるスリップ時間２０と摩擦仕事量２２の予測できる数値を事前に算出する。ブロック２４ではこれらの事前に算出された数値を、それ以前に求められた最大許容数値１２、１４と比較する。事前に算出された数値が最大許容数値より小さいか、またはそれに等しい場合、カウント変数ｋのその時点の数値を発進ギヤ段としてアウトプットする。
【００３２】
事前に算出された数値の少なくとも１つが許容数値より大きい場合は、発進に適当するギヤ段のうちその次に高い段を用いて計算ループを繰り返す。
【００３３】
ここでは立ち入って論じないいくつかの例外を除けば、走行中は常時、つまり短い時間的間隔で走行抵抗計算を行うので、車両が停止するときはいつでも、この方法により適当する発進ギヤ段が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の方法のブロック線図である。
【図２】  本発明の方法の一部のシーケンス線図である。
【符号の説明】
２  車両加速度
４  駆動力
６  走行抵抗
８  車両質量
１０  発進に使用できるエンジントルク
１２  発進プロセスにおける最大許容スリップ時間
１４  発進プロセスにおける最大許容摩擦仕事量
１６  発進ギヤ決定のためのアルゴリズム
１７  ブロック
１８  ブロック
１９  ブロック
２０  予測されるスリップ時間
２２  予測される摩擦仕事量
２４  ブロック
【図１】
0004312387.tif 000005
【図２】
0004312387.tif 000006