特許 5719319 動力列制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5719319

(24)【登録日】2015年3月27日

(45)【発行日】2015年5月13日

(54)【発明の名称】動力列制御装置

(51)【国際特許分類】

   F16H 61/66 20060101AFI20150423BHJP

   B60W 10/06 20060101ALI20150423BHJP

   B60W 10/10 20120101ALI20150423BHJP

【ＦＩ】

   F16H61/66

   B60W10/06

   B60W10/10

【請求項の数】8

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2012-9306(P2012-9306)

(22)【出願日】2012年1月19日

(62)【分割の表示】特願2007-552657(P2007-552657)の分割

【原出願日】2006年1月30日

(65)【公開番号】特開2012-77913(P2012-77913A)

(43)【公開日】2012年4月19日

【審査請求日】2012年2月17日

(31)【優先権主張番号】0501763.7

(32)【優先日】2005年1月28日

(33)【優先権主張国】GB

(73)【特許権者】

【識別番号】504290859

【氏名又は名称】トロトラク・（ディヴェロプメント）・リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100140109

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 新次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100075270

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 泰

(74)【代理人】

【識別番号】100080137

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 昭男

(74)【代理人】

【識別番号】100096013

【弁理士】

【氏名又は名称】富田 博行

(74)【代理人】

【識別番号】100093713

【弁理士】

【氏名又は名称】神田 藤博

(72)【発明者】

【氏名】フィールド，マシュー・ギブソン

(72)【発明者】

【氏名】バーク，マシュー・ピアーズ

【審査官】 久島 弘太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−１８１３８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−２９２４４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１９８３７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−００５２７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｈ ６１／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンと無限可変変速機とを有する、自動車両の動力列のための制御装置であって、
前記変速機は、前記エンジンに結合された回転変速機入力と、車輪に結合された回転変速機出力と、連続可変比（「変動器比」）を提供する変動器と、前記変速機入力と前記変速機出力との間で前記変動器を結合するための歯車装置を有する無限可変変速機と、を備え、
前記歯車装置による前記変動器の上記結合は、
前記変速機入力の速度に対する前記変速機出力の速度の比（「逆変速機比」）が前記変動器比の関数となり、
前記変動器比の利用可能な範囲が前進及び後退用の逆変速機比の双方に対してマップ化され、
特定の変動器比（「ギヤードニュートラル比」）において、前記変速機出力が前記変速機を介して前記回転変速機入力に結合されているにも拘らず静止状態となるようなものであり、
前記変動器は、必要な反力トルクを提供し、変速機／変動器の比の変化を自動的に吸収するように構成された形式のものであり、
前記制御装置は、
前記変動器の必要な前記反力トルクを決定するための２つの手順である第１の手順および第２の手順を有し、
前記逆変速機比は、前記オーバーラン状態においてのみ生じる、前記変速機出力が前記変速機入力でのゼロトルクを生じさせる状態が生じる点のいずれかに前記オーバーラン状態において近づくときに、前記第１の手順から前記第２の手順へ制御を引き渡すように構成されており、
前記第１の手順は、必要なエンジン負荷から前記変動器の必要な前記反力トルクを決定する工程を含み、
前記第２の手順は、必要な変速機出力トルクから前記変動器の必要な前記反力トルクを決定する工程を含む
制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載の制御装置であって、
前記第１の手順から前記第２の手順への引き渡しは、変速機出力トルクが前進用である場合において、前記比が後退歯車の前記点に向かって減少するときに生じる
制御装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の制御装置であって、
前記第１の手順から前記第２の手順への引き渡しは、変速機出力トルクが後退用である場合において、前記比が前進歯車の前記点に向かって増大するときに生じる
制御装置。

【請求項4】

請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の制御装置であって、
前記第１の手順と前記第２の手順との間の引き渡しは、ギヤードニュートラルと、関連する前記点と、の間で生じる
制御装置。

【請求項5】

請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の制御装置であって、
前記第１の手順と前記第２の手順との間の引き渡しは、逆変速機比の所定の範囲にわたって漸進的に生じる
制御装置。

【請求項6】

請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の制御装置であって、
前記制御装置は、前記２つの手順のうちのどちらの手順を採用するかを決定する機能であって、逆変速機比及び変速機出力トルクに基づいて、前記点に近づくときに制御手順の漸進的な引き渡しを提供する機能を有する
制御装置。

【請求項7】

請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の制御装置であって、
前記第１の手順は、少なくとも、前記動力列がオーバーラン状態でないときに採用される
制御装置。

【請求項8】

請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の制御装置であって、
前記第２の手順は、少なくとも、前記逆変速機比が、関連する前記点を含む所定の帯域内にあるときに採用される
制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自動車の動力列（power train）、特に入力から出力への無限減速（「ギヤードニュートラル」）を提供する能力を備えた連続可変変速機（continuously variable transmission）を有する自動車動力列の制御に関する。

【背景技術】

【0002】

連続可変変速機は、典型的には、付加的な歯車装置を介して変速機の入力と出力との間で結合された変動器（variator）、即ち無段可変駆動比を提供する装置を有する。或るこの種の変速機は「ギヤードニュートラル」(geared neutral)と呼ばれる状態を達成することができ、この状態においては、変速機は、変速機入力が回転し、変速機を介して出力に結合されている場合でさえ、変速機出力が静止状態になるように、入力から出力への無限減速を提供する。１つの既知の形式のギヤードニュートラル変速機は、遊星歯車機構のサン、リング及び遊星キャリヤにそれぞれ結合された３つの回転シャフトを有する遊星シャント歯車（epicyclic shunt gear;入れ替え歯車）を使用する。

【0003】

１つのシャフトはまた変動器を介して変速機入力に結合され、それにより、連続可変比で変速機入力から駆動することができる。別のシャフトは固定（一定）比の歯車列を介して変速機入力に結合される。第３のシャフトは別の歯車列を介して変速機出力に結合され、その回転速度は、遊星歯車に精通する者なら直ちに認識できるように、他の２つのシャフトの速度の関数となる。特定の変動器駆動比においては、第１及び第２のシャフトの運動は互いに相殺しあい、第３のシャフト及び変速機出力を静止状態にする。

【0004】

従来、変速機比は変速機の入力速度をその出力速度で割った値として表現される。この方法による表現では、変速機比は、漸近線的（asympttically）に動き、ギヤードニュートラルで無限となる傾向を有する。その結果、「逆変速機比（reciprocal transmission ratio」」、即ち変速機の出力速度を入力速度で割った値（その動きは非漸近線的（単にゼロへ降下する）であり、従って容易に表現できる）に代え、追従するものを参照するのが便利である。

【0005】

勿論、大半の商業的な自動車の変速機は、車両の静止時にエンジンと車輪との結合を解除し、車両の移動時にエンジンと車輪との間のスリップを許容するために、普通の手動変速機の運転手作動クラッチ又は普通の段階比オートマチックのトルクコンバータのようなある形の「ランチ装置（launch device）即ち発進装置」に依存する。ギヤードニュートラル変速機においては、（必須ではないが）ランチ装置を無しにすることができる。変速機は、変動器駆動比の変化のため、エンジンと車輪との結合解除を必要とせずに、後退歯車からギヤードニュートラルを経て前進歯車へ簡単に移行することができる。ギヤードニュートラル変速機により可能になる極めて低い逆変速機比では、多くの普通の変速機が簡単には決して体験しないような、動力列の制御において問題が発生する。

【0006】

摩擦損失、コンプライアンス等の無い理想的なシステムにおいては、ゼロ逆変速機比は変速機の入力からその出力への無限トルク増加を暗示する。即ち、入力での任意のトルクは出力での無限のトルクを生じさせる。勿論、実際の変速機は無限の出力トルクを提供できない。状況を特徴化する一層実践的な方法は、この状態において、つまり、定常状態（即ち、エンジン／変速機入力が加速されていない場合）において、その出力でのトルクの如何に拘わらず、変速機入力におけるトルクをゼロにすることである。変速機出力でのトルクがその入力でのゼロトルクを生じさせるような状態は、ここでは「特異点（singularity）」と呼ばれる。これは、エンジン及び変速機をギヤードニュートラルのまわりで制御すべき方法に対して密接な関係を有する。

【0007】

その結果としてのある問題点及びこれらの問題に対処する１つの方法は、トロトラック(Torotrak)（デベロップメント）社の先の米国特許第５５２１８１９号明細書及びそのヨーロッパ特許第６４３６４８号明細書に記載されている。しかし、本発明は、この先の特許においては見出せない認識、即ち、実際の変速機においては、摩擦損失のため、１つではなく２つの特異点が存在し、これらの特異点はいずれもギヤードニュートラルにおいて精確に発生しないという認識から由来する。その代わり、２つの特異点はギヤードニュートラルのいずれかの側に位置する、ギヤードニュートラルの近くのそれぞれの逆変速機比において即ち低い前進及び後退逆変速機比において生じる。特異点は「オーバーラン（overrun）」状態、即ち変速機によりその出力に加えられるトルクが変速機出力を減速させるような状態においてのみ体験される。この状態においては、動力は出力を介して変速機に入力され、これは、この動力が特異点を生じさせる変速機により非能率的に発散される動力に等しい場合である。

【0008】

この理解は、エンジン及び変速機を制御する方法にとって重要な意味を有する。大半の状態で完璧に作動する既存の制御装置は、「シャトリング(shuttling)」及び坂の上り／下りの場合のようなある状況の下では著しく機能不全になることが分かった。この場合、このような状況においては、特異点が発生し、これを考えておかなければならないことを認識されたい。

【特許文献1】米国特許第５５２１８１９号明細書

【特許文献2】ヨーロッパ特許第６４３６４８号明細書。

【0009】

他方、本発明に従って、特異点の近くの比での適正な動力列管理から得ることのできる利点は、驚愕的であることが分かった。特に、運転手のための広範囲の制御オプションを可能にするようにそのような車両の精確な低速制御を用いるために変速機を使用することを可能にする。

【0010】

１つの特定の問題は、オーバーランでのエンジン速度の制御に関連する。これに関して、（１）エンジンが変速機により「ローディング」される、即ち、変速機入力でのトルクがエンジンを減速させる傾向を有するような状況と、（２）エンジンが「アンローディング」され、変速機入力でのトルクがエンジンを駆動する傾向を有するような反対の状態との間で区別をつけることが有用である。エンジンのアンローディングはギヤードニュートラルから離れた比でオーバーランにおいて生じる。動力は車輪からエンジンへ流れ、エンジンにおいて摩擦的に発散され、「エンジンブレーキ」を提供する。

【0011】

この状態においては、電子的に制御される動力列において、エンジンへの燃料を絶ち、エンジンにゼロトルク要求を適用することが普通である。しかし、オーバーランは常にエンジンをアンロードさせるとは限らない。特異点間の逆変速機比では、エンジンは、変速機出力／車両車輪でのいかなるオーバーラントルクにも拘らず常にローディングされる。これを考慮しなかった場合、特異点が生じるような例外的な状態においてエンジン速度の制御の損失を招く。

【発明の開示】

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の第１の態様によれば、無限可変変速機とエンジンとを有する自動車の動力列を作動させる方法が提供され、無限可変変速機は、エンジンに結合された回転変速機入力、車輪に結合された回転変速機出力、連続可変比（「変動器比」）を提供する変動器及び変速機入力と変速機出力との間で変動器を結合するための歯車装置を有し、歯車装置による変動器の上記結合は、変速機入力の速度に対する変速機出力の速度の比（「逆変速機比」）が変動器の関数となり、変動器比の利用可能な範囲が前進及び後退用の逆変速機比の双方に対してマップ化され、特定の変動器比（「ギヤードニュートラル比」）において、変速機出力が、変速機を介して回転変速機入力に結合されているにも拘らず、静止状態となるようなものである。

【0013】

本発明の方法の特徴とするところは、動力列がオーバーラン（overrun）で作動している間でさえ駆動トルク要求をエンジンに提供することにより、ギヤードニュートラルを含みそのギヤードニュートラルのいずれかの側へ延びる逆変速機比の低い範囲においてエンジン速度を維持する工程を含むことである。特に、駆動トルクは内燃エンジンの損失に打ち勝つのに十分なもの以上である。それゆえ、動力列がオーバーランしているにも拘らず、動力はエンジンから変速機へ流れる。上述の比の範囲は少なくとも一方の特異点から他方の特異点へ延びることが特に好ましい。

【0014】

特異点間で、変速機出力でのオーバーラントルクが増大するにつれて、変速機によりエンジンに適用される負荷が増大することが立証された。特に好ましい実施の形態においては、方法は変速機出力での増大するオーバーラントルクに応答してエンジントルク要求を増大させる工程を含む。

【0015】

本発明の方法は「トルク制御される」形式の変動器を使用する変速機に特に適用できる。このような変動器は当業界で既知であり、その例を以下に述べる。従来の変動器は必要な比を示す制御信号を受け取り、その比を自ら調整するように構成され、制御される。逆に、トルク制御される変動器は、代わりに、変動器の入力及び出力におけるトルクの合計として定義される必要な反力トルクを示す信号を受け取る。従って、反力トルクは全体の変動器をそっくり回転させる傾向を有する正味のトルクであり、変動器の装着部へ戻るように対抗させねばならない。比は直接規制されない。代わりに、変動器は必要な反力トルクを生じさせ、エンジン及び（又は）車両の加速から由来する比の変化を自動的に吸収する。

【0016】

特に変化がエンジン燃料供給を変更することにより生じる場合は、エンジントルク要求の変化と送給されるエンジントルクの対応する変化との間に不可避の遅れが存在する。オーバーランにおいて、ゼロ（ギヤードニュートラル）に向かって増大しているか又は減少している間、逆変速機比が特異点を通ると、エンジンはアンローディング状態からローディング状態に変化する。エンジントルクが直ちに利用できない場合は、遅れにも拘らず、エンジン速度が低下し、エンジン停止の危険性を伴う。

【0017】

本発明の特に好ましい実施の形態では、オーバーランで作動している間、及び、逆変速機比がゼロに向かって増大するか又は減少するときに、いずれかの特異点比を通る逆変速機比を見越してエンジントルク要求を増大させる工程を含む。トルク要求の増大は好ましくは、変速機比が特異点にあるとき又はその時点の前に、駆動エンジントルクを提供する効果を有する。

【0018】

問題のエンジンは、典型的には内燃エンジンであり、特に例えば典型的なガソリンエンジンのような非調速エンジンである。あるディーゼルエンジンのようなそれ自体の速度を管理するエンジンはすべての同じ問題を受けない。しかし、本発明は他の形式のエンジンを有する動力列に使用できるものと考えることができ、「エンジン」という用語は電気モータを含む他の形式の回転動力ユニットを包含するものと理解すべきである。

【0019】

本発明の第２の態様によれば、エンジンと、エンジンに結合された回転変速機入力、車輪に結合された回転変速機出力、連続可変比（「変動器比」）を提供する変動器及び変速機入力と変速機出力との間で変動器を結合するための歯車装置を備えた無限可変変速機とを有し、歯車装置による変動器の上記結合は、変速機入力の速度に対する変速機出力の速度の比（「逆変速機比」）が変動器の関数となり、変動器比の利用可能な範囲が前進及び後退用の逆変速機比の双方に対してマップ化され、特定の変動器比（「ギヤードニュートラル比」）において、変速機出力が、変速機を介して回転変速機入力に結合されているにも拘らず、静止状態となるようなものであり、変動器が必要な反力トルクを提供し、変速機／変動器の比の変化を自動的に吸収するように構成された形式のものであるような、自動車の動力列のための制御装置が提供され、その特徴とするところは、制御装置が、第１の手順及び第２の手順である、変動器の必要な反力トルクを決定する２つの手順を有し、変速機比がオーバーラン状態においていずれかの特異点に近づくときに、第１の手順から第２の手順へ制御を引き渡すように構成されていることである。

【発明を実施するための最良の形態】

【0020】

ここで、添付図面を参照しながら、本発明の特定の実施の形態を単なる例として説明する。本発明は、図１ａ、図１ｂにグラフとして示すギヤードニュートラルのまわりでの比における、変速機の挙動の分析から導き出される。これらのグラフは水平軸に沿った変動器比を示す。これは、逆変速機比と同じではないが、この比の関数である。グラフは変動器から利用できる比の全体の範囲を含まないが、この例では１．７であるギヤードニュートラル比のいずれかの側の小さい範囲のみを含む。これは、変速機からの全体としての無限速度減少即ちゼロ変速機出力速度から由来する変動器比である。この比の右手側における地点は車両の前進運動に対応し、左手側の地点は後退運動に対応する。図１ａにおいては、垂直軸はその入力において変速機により与えられるトルク即ち変速機によりエンジンに加えられる負荷即ちローディング（負の値の場合はアンローディング）トルクを表す。

【0021】

図１ｂにおいては、垂直軸は変速機出力におけるトルク即ち自動車の被駆動車輪へ至るトルクを表す。両方のグラフは変動器の異なる反応トルク設定値にそれぞれ対応する６つの異なる線１−６を示す。以下に説明するような既知の形式の液圧的に制御される変動器においては、これらの設定値は変動器のアクチュエータに適用されるそれぞれの異なる圧力差に対応し、関連する圧力は図上の表内に示す。線１、２、３は前進車輪トルク（即ち車輪が車両を前方へ移動させる状況）を表し、一方、線４、５、６は後退車輪トルクを表す。比較として、図２ａ、２ｂは図１ａ、１ｂに対応するが、変速機が１００％の効率をとるようになされた理想化した状況を示す。

【0022】

図２ａにおいては、完全に有効な変速機エンジンに対して、変動器により生じる反力トルクに関係なく、負荷はギヤードニュートラル特異点においてゼロへ低下することが分かる。しかし、これに比べ、ギヤードニュートラルのいずれかの側に２つの別個の特異点が存在するような図１に示す理想的な変速機の挙動においては：
車両が後退運動している場合は、「後退オーバーラン特異点」８はギヤードニュートラルの左側にあり、前進車輪トルク（線１、２、３）を体験する。（ある最小値以上の）すべての前進車輪トルクに対しては、エンジン負荷（図１ａの垂直軸）はこの特異点においてゼロへ落下する；
車両が前進運動している場合は、「前進オーバーラン特異点」１０はギヤードニュートラルの右側にあり、後退車輪トルクを体験する。（これまたある最小値以上の）すべての後退車輪トルクに対しては、エンジン負荷はこの特異点においてゼロへ落下する。

【0023】

図１と図２との間の差は、非効率、摩擦損失等による理想的な変速機内で発散されるエネルギにより生じる。ゼロへ落下する入力（負荷）トルクのための条件はその出力を通して変速機によって受け取られるエネルギにより平衡させなければならない。それ故、特異点はオーバーラン状態のみを体験することになる；即ち、変速機により適用される車輪トルクの方向は車輪の回転方向と対向する。

【0024】

例えば、前進車輪トルク状態（図１ｂ）を表す線１を考察する。車両が最初地点Ｘで表す状態にあると仮定する。車両は前方へ移動し（変動器比はギヤードニュートラルの右側のある）；車輪トルクは前方向きであり（図１ｂ参照）、エンジンは負荷されており、そのため、その速度を維持するために燃料を供給しなければならない。更に、前方車輪トルクにも拘らず、例えば車両が急峻な丘を登るために車両が減速されるものと仮定する。そこでエンジン速度が維持される場合、車両が減速するので、比は低下しなければならず、そのため、作動地点はグラフで左方に移動する。

【0025】

地点Ｙにおいて、車両は停止状態に達し、続いて、車両は丘を下って後方へ戻り始め、従って変速機は後退状態に移動する。図２ａに示す理想化された分析は、車両が後方へ戻り始めるやいなや、エンジンが漸次アンロードを開始することを提案する。しかし、実際（図１ａ）には、車両が後方へ移動し始め、その結果、比が後退オーバーラン特異点８へ更に低下するまで、エンジンのローディングからアンローディングへの遷移は発生しない。特異点の左側にある地点Ｚにおいて、エンジンは漸次アンロードされる。

【0026】

後退オーバーラン特異点８はまた、車両が最初後方に走行している（地点Ｚ）が、運転手が前進車輪トルクを要求するような状況を体験することがある。この状態は、例えば、「シャトリング」（運転手が最初車両を後退させ、次いで、車両の運動中に駆動制御を「前進」へ移動させること）と呼ばれるものを体験する。ギヤードニュートラル形式の変速機においては、後方に移動している間に、エンジンへの燃料供給を絶ち、エンジンをアンローディングすることにより、必要な前進車輪トルクが提供される。車両は前方へ加速し（即ちギヤードニュートラルに向かって減速し）、これにより特異点に達することができる。これは、比がギヤードニュートラルに達する前に、生じる。

【0027】

前進オーバーラン特異点はいずれかの方向から同様に接近することができるが、これまた常にオーバーラン状態にある。例えば車両が最初に静止しているか又は後退していて、下り坂に直面すると仮定すると、その結果、車両は後退車輪トルクにも拘らず前方へ加速する。関連する線は図１における４、５、６であり、前進オーバーラン特異点は左から近づくこのシナリオ内にある。車両が前方へ移動している間の後退へのシャトリングは、動力列を、グラフにおいて右から同じ特異点へ接近させる。

【0028】

特異点の意味を説明するためには、最初に、特異点から十分に離れた比においてさえ、トルク制御される変速機を規制する際に体験する特定の挑戦を考察する必要がある。この目的のため、図３、４はそれぞれ本発明の履行に使用するのに適した変動器及び変動器を組み込んだ動力列の極めて概略的な図を提供する。これらの図面に示す要旨はそれ自体新規ではない。変動器及び動力列の構成及び機能についての更なる詳細は上記トロトラック（デベロップメント）社の特許文献において見出すことができ、これに関しては特にヨーロッパ特許第０４４４０８６号明細書を参照されたい。

【特許文献2】ヨーロッパ特許第０４４４０８６号明細書。

【0029】

これらの図における変動器１１は、トロイダルレース転がり牽引形式のものであるが、本発明はこの方法で構成された変動器に限定されない。（実際の変動器においてはセットのうちの１つである）ローラ１２は２つのレース１４、１６上で回転し、これらのレース間で駆動力を伝達するのに役立つ。ローラは転頭軸線２１のまわりでの転頭運動によりレースの共通軸線１８に対してその角度を変化させることができる。また、ローラは液圧アクチュエータ２２により円周方向に沿った成分Ｆを有する調整可能な力を受け、円周方向に沿って前後に移動することができる。比の変化はこの円周に沿って後方又は前方に移動するローラを包含し、その結果、レース１４、１６はローラに操舵モーメントを作用させて、ローラを転頭運動させ、それによって、レース上を追跡するローラの経路の相対半径を変更し、比の変更を可能にする。力Ｆはレースによりローラ上に作用する力ｆ１＋ｆ２の合計に等しいが、これとは反対向きである。

【0030】

更に、合計ｆ１＋ｆ２はローラ１２によりそれぞれのレース１４、１６に加えられるトルクＴｉｎ、Ｔｏｕｔの合計に比例する。従って、変動器の反力トルクとしてここで参照される合計Ｔｉｎ＋Ｔｏｕｔは常にアクチュエータ力Ｆに比例する。アクチュエータ力を制御することにより、反力トルクは直接制御される。

【0031】

この接近法即ちアプローチによれば、変動器により選択され設定される変動器比ではなく、反力トルクである。これに関して、問題の動力列は標準とは全く異なる。大半の変速機は、必要な比を表す液圧、電気又はある他の形としての入力を受け取り、その信号の関数としての比を採用するように、構成される。これは、ここで考察する「トルク制御される」形式の変動器及び変速機の場合ではない。代わりに、変動器は必要な反力トルクを設定し、その比はエンジン及び車両の速度の変化を吸収するように自動的に変化する。

【0032】

図４は、変速機の作動のこの態様を明確にするためのものである。ブロックＥは変動器入力に結合された慣性Ｊｅの合計モーメントを表し、そのため、回転するエンジン素子、エンジンを変動器に結合する歯車装置及びレース１４等の慣性モーメントを含む。このブロックは（この極めて様式化された図においては）変動器１１のレース１４に直接結合されたものとして示す。勿論、実際には、ある実施の形態では遊星シャントである介在歯車装置が存在する。別のブロックＶは変動器出力に結合された慣性Ｊｖの合計モーメントを表し、そのため、駆動シャフト、差動歯車装置、被駆動車輪等のような下流側の駆動ライン素子の慣性モーメント及び車両自体の慣性をも含む。

【0033】

変動器のエンジン側では、慣性Ｊｅを加速するために利用できる正味のトルクはエンジントルクＴｅと変動器ローラによりレース１４上に加えられる負荷Ｔｉｎとの合計である。これらのトルクは平衡する、即ちこれらのトルクは等しくて反対向きであるが、エンジン速度は一定である。不等性はゼロではない正味トルクを生じさせ、これは、慣性Ｊｅに作用し、その結果、エンジンを加速する。変動器ローラは自動的に移動及び転頭運動し、結果として生じる変速機比の変化を吸収する。エンジン速度を制御するためには、動的方法で、エンジントルクと変速機によりエンジンに適用される負荷トルクＴｉｎとの間の平衡を制御する必要があることは明らかである。

【0034】

変動器の車両／出力側では、慣性Ｊｅを加速するために利用できる正味のトルクは（１）変動器の出力トルクＴｏｕｔと（２）車両のブレーキ、車輪等（ドラグ、路面勾配による）により外部から適用されるトルクとの間の平衡に依存する。任意の結果としてのトルクは車両を加速するために利用できる。変動器は結果としての変速機比の変化を自動的に吸収する。

【0035】

これまた、図４は極めて簡略的で、ある原理を示すのみに役立つことを強調しておかなければならない。実際の変速機の主要な機能的素子は図９に示し、この場合は、変動器を符号１００で示し、遊星シャントは符号１０２で示す。変動器は一側で歯車装置Ｒ２を介して変速機入力１０４従ってエンジンに接続され、その反対側において、遊星シャント１０２のサンギヤに接続される。遊星シャントのキャリヤはまた歯車装置Ｒ１を介して変速機入力シャフト１０４に接続される。その結果、当業者なら精通し図面において湾曲矢印で示すような、変動器及びシャントを含む動力再循環ループが形成される。変速機出力シャフト１０６への結合は２つのルートのいずれかにより行うことができる。

【0036】

高体制クラッチ１０８を閉じ、低体制クラッチ１１０を開くと、変速機入力から歯車装置Ｒ２、変動器１００及び歯車装置Ｒ３を通って変速機出力までの駆動経路が形成される。遊星シャントは有効に周囲から通気される。高体制は一層大きな前進逆変速機比（ギヤードニュートラルではない）を提供するために使用される。一層小さな比を提供するため、低体制クラッチ１１０は係合し、他方のクラッチは係合解除され、その結果、変速機出力１０６への駆動力は遊星シャント１０２の環体から取り出される。低体制はギヤードニュートラルを提供する。ここで考察する事態が生じるのは低体制においてのみである。

【0037】

普通、電子的に行われる制御装置は必要であり、この制御装置は、（１）必要に応じてエンジン速度及びトルクを変更するようにエンジン／変速機のインターフェイスにおいて動的平衡を制御し、（２）運転手の要求を十分に反映する動力列出力（被駆動車両車輪）でのトルクを提供するために、調和された方法でエンジンのトルク要求及び変動器の反力トルク要求を管理する。これは、２つの変数即ちエンジントルク要求及び変動器反力トルク要求を制御することにより、行われる。エンジン制御に関連する特定の事項は適当な制御装置を述べる前に最初に考察される。

【0038】

オーバーランにおいては、特異点から離れた逆変速機比において、動力は車輪から変速機を介してエンジンへ流れ、この場合、動力は摩擦的に発散される。エンジン速度は変速機の作用により維持される。従って、エンジンは燃料供給できない（ゼロ適用トルク要求）。図１ａの地点Ｚはこのような状態を示す。しかし、比が特異点値８に近づくと、変速機入力でのトルクはゼロに向かって減少する。変速機のみによってはエンジン速度を維持できないような地点に到達し、その結果、先のプロトタイプにおいては、エンジン速度が対応的に減少し、結果として動力列の誤作動を招いていた。

【0039】

更に、特異点間の比においては、オーバーランにおいてさえ、動力は常にエンジンから変速機へ流れる。そのため、エンジン速度は変速機／車輪からのトルクによっては維持することができない。代わりに、その速度を維持させたい場合、エンジンは（正のトルク要求により）燃料供給しなければならない。従って、以下に述べる装置においては、エンジン速度が維持されている間は、エンジンへのトルク要求は２つの特異点間の比に対しては常に正である。

【0040】

それにも拘らず、関連する比範囲への入口でのエンジン速度が過剰になるような状態が存在することがあり、エンジン速度を減少させる必要があることに留意されたい。このような状況においては、特異点間の比においてさえ、エンジンの燃料供給を停止することができる。

【0041】

トルク制御される変速機においては、エンジントルクが変速機によりエンジンに適用される負荷に等しい場合、エンジン速度は一定である。図１ａは後者の量を示すグラフである。後退オーバーラン特異点８からギヤードニュートラルまでの変動器比範囲を考察する。前進車輪トルク（線１、２、３）はオーバーラン状態を生じさせる。グラフは、エンジン負荷がオーバーラントルクの増大と共に実際増大することを強調する。これは、特異点から離れた比においては通常の状態とは逆であり、この場合、増大するオーバーラントルクはエンジンのアンローディングを増大させる。増大したオーバーラントルクが（動力が再循環するループを示す図１０を再度参照して）変速機における増大した動力再循環を生じさせ、その結果、変動器の非効率性による動力損失も増大し、車輪からの入力動力を更に増大させる。従って、本発明の装置は、比が２つの特異点間にある間に、オーバーラントルクの増大に応答してエンジントルク要求を増大させる。

【0042】

更に、エンジン燃料供給の変化とエンジン出力トルクの対応する変化との間の時間遅れを考慮する必要がある。エンジン燃料供給が特異点を通過した時点で開始された場合、遅れのため、エンジンのローディングは、エンジントルクがエンジン速度を維持するために利用できる前に、開始されてしまう。この解決策は、特異点に近づいているとき及びエンジンのローディングを開始する前に、エンジンの燃料供給を増大させることである。装置は特異点に近づきこれを通過する比を予測し、予めの燃料供給により、エンジンがそれ自身の回転を維持するのに必要なトルクを生じさせる準備を行う。

【0043】

ここで、他方の制御変数である反力トルクに戻ると、原則的に、手順Ａ、Ｂとして参照すべき、変動器により要求される反力トルクを計算する２つの異なる方法が存在する：
Ａ．反力トルク要求は、現在の変動器比を考慮して、変動器入力における必要なトルクから計算できる；又は
Ｂ．反力トルク要求は、これまた現在の変動器比を考慮して、変動器出力における必要なトルクから計算できる。

【0044】

手順Ａは一般には一層適切である。その理由は、上述の動的エンジン／変速機トルク平衡の管理を容易にするからである。このような手順の詳細な履行はここでは述べない。このような詳細のためのトロトラック社の国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ０４／０３２９３号明細書を参照されたい。しかし、１つのこのような履行を要約すると：
１．運転手の入力（典型的にはアクセル制御により）に基づきエンジン速度及びエンジントルクの目標値を選択すること；
２．エンジンに適用されるトルク要求を、（ｉ）目標のエンジントルクと（ii）エンジンの慣性Ｊｅを目標のエンジン速度の方へ加速するのに必要なトルク調整との合計に設定すること；
３．（動的状態の下では実際のエンジントルクが要求から遅れるので）トルク要求に応答してエンジンの瞬間的な予期出力トルクを見積もること；及び
４．その出力において変動器により与えられるトルクがトルク調整値よりも小さい見積もったエンジン出力トルクと等しくなるように、変動器の反力トルクを設定すること。

【特許文献3】国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ０４／０３２９３号明細書。

【0045】

実践的な装置は、またエンジン加速の予測に基づきエンジン速度を修正する閉ループを有する。この予測は瞬間的な予期出力トルクから（変速機のモデルを使用して変動器の反力トルクから計算した）エンジンに適用される負荷を差し引くことにより得られる。これは、ニュートンの原理によりエンジン加速を見出せるようにエンジン側の慣性Ｊｅ（図４）に作用する正味のトルクを与える。

【0046】

しかし、変速機が特異点に接近すると、手順Ａは崩壊する。特異点においては、変動器は、反力トルク設定に関係なく、その入力においてゼロトルクを与える。この状態においては、ステップ４での計算はゼロによる分割を含む。特異点に近い比においては、不正確さが増大し、この方法における反力トルクの計算は、運転手の期待から容認できないほどずれ、容認できない振動を受けるトルクを被駆動車輪において生じさせることがある。
特異点は、「オーバーラン」状態においてのみ体験することを思い出してほしい。特異点の近傍においては、逆変速機比が小さいので、変速機によりエンジンに適用されるトルクは比較的小さい。更に、特異点は、シャトリング又は坂の上り／下りのような、必要なオーバーラントルクを提供するためにあるエンジン「フレア」が運転手にとって容認できるような状況で生じる。このような因子は手順Ｂを適切にする。反力トルクは、アクセル及び駆動制御子により伝達されるような、運転手の車輪トルク要求に直接基づくことができる。

【0047】

次いで、任意の与えられた瞬間に２つの手順のうちのどちらかを選択するためにある方法が必要となる。図１から、特異点比のいずれかの側で、変速機比の方向に応じて、入力がローディングされるかアンローディングされることに留意されたい。制御装置は反力トルク要求を得るべき手順を決定するためにこの知識を使用する。エンジンをアンローディングすべき場合、その動的な応答のための補償は必要でなく、手順Ｂを適用することができる。図５は水平軸における変速機比及び垂直軸における変速機出力トルク（車輪トルク）を示す。通常の駆動領域である暗い領域においては、エンジンはローディングされる。明るい領域においては、エンジンはアンローディングされる。

【0048】

制御装置はバイアス機能を使用し、その値は、キー即ち要所において示すように、（手順Ｂを選択するための）０と（手順Ａを選択するための）１との間で変化する。バイアス機能は変速機比及び運転手の車輪トルク要求の符号（方向）の双方を考慮しなければならない。図６は比（水平軸）に対するバイアス値（垂直軸）の変化を示し、２つの線６０、６２を含み、必要な車輪トルクが正の場合に、線６０を適用することができ、必要な車輪トルクが負の場合に、線６２を適用することができる。制御装置はどちらが関連するかを決定するために車輪トルク要求の符号（正負）についてテストを遂行する。バイアス機能の形は、特異点に近づくときに、制御手順の漸進的な引き渡しを提供する。手順Ｂへの引き渡しは、比が特異点に到達する前に、生じる。
制御手順の引き渡しはまた、運転手の車輪トルク要求の変化により即ち図６におけるｙ軸に沿った作用点の運動により生じることがある。オーバーランにおいて、特異点比から離れると、運転手の入力に応じて異なる要求が存在する。例えば、運転手が「戻した」（アクセルペダルから足を離した）場合、エンジン速度制御を維持したままで、後退（オーバーラン）車輪トルクのある（小さな）レベルが要求される。しかし、運転手が運動中に「ドライブ（Ｄ）」から「後退（Ｒ）」へ運転手制御を変更することにより「シャトリング」を行った場合、これは、一層大きなオーバーラン車輪トルク及びエンジン速度制御の期待が約束され、エンジン速度がこれを達成するために「フレア」できることを、示す。それ故、戻し中は、バイアスは１か又はその近くにすべきであり、一方、シャトリング中は、バイアスはゼロ又は低い値にすべきである。
このような要求を考慮するため、制御装置は運転手により要求された車輪トルクの上方及び下方の、車輪トルクの上方及び下方の境界を選択し、反力トルクに限界を与えるようにこれらの境界を使用し、それにより、車輪トルクが境界から逸れないことを保証する。図７は上述のことを考慮するように修正されたバイアス機能の変形例を示す。車輪トルク境界は「上方」及び「下方」で示すが、勿論、これらは運転手要求と共に変化する。運転手により要求される車輪トルクの実際の決定は、典型的には現在の車両の速度をも考慮して、運転手のアクセル制御子（ペダル）の位置に基づき、行われる。
本発明は実際ギヤードニュートラルのまわりでの車両速度（即ち低車速）の制御において劇的な改善を可能にすることが判明した。その結果、運転手に新たな機能を与えることができる。例えば、１ｍｐｈのような選択された（低い）車両速度を選択する能力を運転手に与えることができ、次いで、この速度は、路面の変化にも拘らず、駆動ラインの制御により維持される。選択された速度はゼロとすることができ、この場合、駆動ラインは車両を静止維持するのに役立つ。このような設備は「全地域型の」四輪駆動車両に対して特に有用である。

【図面の簡単な説明】

【0049】

【図1】図１ａは反力トルクの種々の値についての、変動器比に対する変速機入力トルク（エンジン負荷トルク）のグラフであり、図１ｂは同じ反力トルク値のための変速機出力トルク（車輪トルク）のグラフである。

【図2】図２ａ及び２ｂは、概念的な無限エネルギ効率変速機の期待されるトルクを示す点を除いて、図１ａ及び１ｂに対応する図である。

【図3】本発明を履行するために使用する変動器の極めて簡略化した図である。

【図4】本発明に従って作動できる動力列の極めて概略的な図である。

【図5】エンジンが変速機により負荷されるような領域を示す、車輪トルクに対する変速機比のグラフである。

【図6】本発明を具体化した制御装置により使用されるバイアス値のグラフである。

【図7】バイアス機能を更にグラフ的に示す図である。

【図8】遷移事象をグラフ的に示す図である。

【図9】本発明に従って作動できる変速機の概略図である。

【符号の説明】

【0050】

８：後退オーバーラン特異点、１０：前進オーバーラン特異点、１１：変動器、１２：ローラ、１４、１６：レース、２２：液圧アクチュエータ、１００：変動器、１０２：遊星シャント、１０４：入力シャフト、１０６：出力シャフト、１０８、１１０：クラッチ、Ａ、Ｂ：手順。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図8】

【図9】

【図5】

【図6】

【図7】