CN105659006A - 自动变速器的挡位切换装置及其切换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及挡位切换装置及其切换方法，利用被电气驱动控制的致动器来进行自动变速器的挡位切换。提供一种能够减轻由锁止机构产生的碰撞声音的自动变速器的挡位切换装置及其切换方法。自动变速器具有通过弹簧将滚子按压于槽部、使该滚子在多个槽部之间移动以定位变速器的挡位的锁止机构，利用致动器驱动该锁止机构来变更变速器的挡位。而且，在变更变速器的挡位位置的情况下，根据所述弹簧产生的向槽部内的推入力对所述致动器进行制动，从而能够将滚子到达目标停止位置时的动能控制为接近零。

Description

自动变速器的挡位切换装置及其切换方法
技术领域
本发明涉及利用被电气驱动控制的致动器进行自动变速器的挡位切换的挡位切换装置及其切换方法。
背景技术
以往，已知根据驾驶员的换挡操作来驱动致动器，进行自动变速器的挡位切换的挡位切换装置(例如参照专利文献1)。在该专利文献1中，公开了学习各挡位的控制目标位置的技术，在通过锁止机构进行了定位的状态下，根据通过电位计检测出的挡位切换轴的角度(谷底位置角度)，学习该挡位的目标角度。
此外，专利文献2记载了一种换挡控制系统，其使锁止板与锁止弹簧的滚子接触，检测该接触位置，将工作范围的极限位置(壁位置)作为基准值进行学习，从而将编码器的输出值校正为绝对位置。在该专利文献2中，根据输出轴角度的当前位置与目标位置的偏差实施反馈控制。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2004-092851号公报
专利文献2:日本特开2004-308752号公报
发明内容
发明欲解决的课题
另外，在这种挡位切换装置和换挡控制系统中，通常会重视换挡响应性以使得电动致动器的控制常数匹配。
然而，锁止机构是在形成有与挡位对应的槽部的锁止板上，通过锁止弹簧压紧滚子以进行定位的结构，因此在滚子向对应于挡位的槽部移动时，在越过山形部部分而落入槽部的谷底位置时，会作用有锁止弹簧的回弹力，在到达目标谷底位置时会发生碰撞声音。因此，存在在静音性高的车辆、例如EV(ElectricVehicle：电动车辆)等中成为噪声源而使得商品性降低的课题。
本发明就是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供能够减轻由锁止机构发生的碰撞声音的自动变速器的挡位切换装置及其切换方法。
用于解决课题的手段
关于本发明的自动变速器的挡位切换装置，该自动变速器具有锁止机构，该锁止机构通过弹簧将滚子按压于槽部，使该滚子在多个槽部之间移动来定位变速器的挡位，该自动变速器是利用致动器驱动该锁止机构来变更变速器的挡位位置，该自动变速器的挡位切换装置的特征在于，在变更所述变速器的挡位位置的情况下，根据所述弹簧产生的向槽部内的推入力对所述致动器进行制动。
此外，关于本发明的自动变速器的挡位切换方法，该自动变速器具有锁止机构，该锁止机构通过弹簧将滚子按压于槽部，使该滚子在多个槽部之间移动来定位变速器的挡位，该自动变速器是利用致动器驱动该锁止机构来变更变速器的挡位位置，该自动变速器的挡位切换方法的特征在于，包括：利用致动器驱动所述锁止机构；以及根据所述弹簧产生的向槽部内的推入力对所述致动器进行制动。
发明的效果
根据本发明，在变更变速器的挡位位置的情况下，根据弹簧产生的向槽部内的推入力对致动器进行制动，从而能够将滚子到达目标停止位置时的动能控制为接近零，因此能够减轻滚子与锁止板的槽部碰撞时发生的碰撞声音。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的自动变速器的挡位切换装置的系统结构图。
图2是表示图1中的被虚线包围的区域的结构例的立体图。
图3是提取表示图2的从致动器到锁止机构的动力传递路径的图。
图4是用于说明本发明的实施方式的自动变速器的挡位切换装置的致动器的第1控制例的图。
图5是表示输出轴角度与响应时间的关系的特性图。
图6是对比表示现有的和本发明的实施方式的自动变速器的挡位切换装置的输出轴角度和操作量的测定结果的特性图。
图7是表示控制目标位置为槽部的下限位置的近前的情况下的锁止板与滚子的关系的示意图。
图8是表示控制目标位置为上次停止位置的情况下的锁止板与滚子的关系的示意图。
图9是用于说明本发明的实施方式的自动变速器的挡位切换装置的致动器的第2控制例的图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
图1所示的自动变速器的挡位切换装置中，搭载于车辆的自动变速器1安装有用于驱动挡位切换阀的PBW(ParkByWire：电线驻车)用的致动器(ACTR)(电动机(M))3。致动器3基于驾驶员的换挡操作、例如从D挡位(前进挡位)等的非驻车挡位(NotP挡位)向驻车挡位(P挡位)的操作而将车辆设定为驻车锁定状态，并基于从P挡位向NotP挡位的换挡操作而将车辆设定为可行驶状态。即，具备机械锁定变速器/减速机或解除锁定的作用。
在致动器3的输出轴上设置有减速齿轮机构4，经过该减速齿轮机构4而对挡位切换轴5进行旋转驱动。在挡位切换轴5安装有锁止机构6、电位计7和断路开关8等。锁止机构6将挡位切换轴5定位于与P挡位和NotP挡位分别对应的角度。此外，电位计7连续检测挡位切换轴5的角度，断路开关8检测自动变速器1被切换到了P挡位和NotP挡位中的哪一方。
并且，设置有在由驾驶员进行了换挡操作时，输出与各挡位位置P(驻车挡位)、R(倒车挡位)、N(空挡挡位)、D(前进挡位)、2、1对应的挡位位置信号的挡位选择开关9。
从电位计7输出的与挡位切换轴5的旋转角对应的信号、从断路开关8输出的表示切换到了P挡位还是NotP挡位中的哪一方的信号、以及从挡位选择开关9输出的挡位位置信号分别被输入到A/T控制单元(A/TC/U)10。而且，在A/T控制单元10，基于根据挡位选择开关9的挡位位置信号进行判断的挡位切换请求，对致动器3进行驱动控制。
具体而言，进行与从挡位选择开关9请求的挡位切换轴5的目标角度和通过电位计(输出轴角度传感器)7检测出的实际角度的偏差对应的PI(比例、积分)控制，对致动器3供给驱动信号(以高频接通和切断电源供给的占空比驱动信号)来进行反馈控制。
图2表示图1中被虚线包围出的区域2的结构例。锁止机构6由锁止板6-1以及锁止弹簧(弹簧)6-2构成，锁止板6-1固定于挡位切换轴5上且与其一体旋转，在锁止板6-1的周缘部与P挡位和NotP挡位对应地形成有槽部6a、6b，该锁止弹簧(弹簧)6-2支承与槽部6a、6b卡合的滚子(辊)6c，并且对该滚子6c向槽部6a、6b的谷底位置按压施力。而且，锁止机构6将挡位切换轴5定位于与P挡位和NotP挡位中的任意一方对应的角度。
在L字型的杆11的一端安装有锁止板6-1，在该杆11的另一端安装有凸轮13。驻车杆12被支承为能够摆动，并通过与凸轮13的滑动接触而被摆动驱动。当从NotP挡位向P挡位进行换挡操作时，滚子6c会从槽部6b移动至槽部6a并卡合。此时，杆11被向箭头A方向按压，凸轮13的锥形部将驻车杆12向箭头B方向顶起，从而驻车杆12的爪12a啮合于驻车齿轮14的凹部14a，驻车齿轮14被固定。
图3提取表示图2中的从致动器3向锁止机构6的动力传递路径，(a)是正视图，(b)是从(a)的锁止板侧观察到的侧视图。致动器(ACTR)3的驱动力通过花键15而被传递至挡位切换轴5，挡位切换轴5进行转动，从而锁止板6-1如箭头C所示转动。由此，滚子6c在形成于锁止板6-1上的与P挡位对应的槽部6a和与NotP挡位对应的槽部6b之间进行往复动作。这里，滚子6c被锁止弹簧6-2向槽部6a、6b的谷底位置按压施力，例如在从P挡位变更为NotP挡位时，滚子6c会从槽部6a越过山形部而向槽部6b移动。
此外，在花键15与挡位切换轴5的连结部，沿着旋转方向而设置有规定的游隙量。此外，在锁止板6-1的两侧部设置有限制该锁止板6-1的转动的止挡16-1、16-2。
[第1控制例]
接着，在上述结构的挡位切换装置中，根据图4进一步详细说明致动器3的控制。(a)示意性表示滚子6c与锁止板6-1的接触部。这里，举例说明从P挡位向NotP挡位进行换挡操作的情况。滚子6c被锁止弹簧6-2向槽部6a的下限位置(谷底位置)沿下方向按压施力。在滚子6c位于与P挡位对应的槽部6a的谷底位置时，如果设挡位切换轴5的角度(输出轴角度)为Dp[deg(度)]，则只要处于±ΔD[deg]的范围内，则借助于锁止弹簧6-2的按压，即使停止了致动器3的驱动也能够将滚子6c自动推入至锁止板6-1的槽部6a的谷底位置处(自动推入范围)。
此外，与NotP挡位对应的槽部6b的下限位置(谷底位置)例如是输出轴角度为Dnp[deg]的位置，将该谷底位置设定为控制目标位置(目标停止位置)，并控制为输出轴角度在Dnp[deg]时滚子6c的速度、换言之是动能为零。NotP挡位与P挡位同样地也具有±ΔD[deg]的自动推入范围。
此外，止挡16-1配置于输出轴角度为Dp-ΔS[deg]的位置处，止挡16-2配置于输出轴角度为Dnp+ΔS[deg]的位置处。
在驾驶员例如从P挡位向D挡位(NotP挡位)进行换挡操作时，致动器3的操作量如(b)所示，最初急剧上升(时刻t0)，随着滚子6c的移动而逐渐变小。该控制使用PI控制，使得重视了致动器的响应性的控制常数匹配。在滚子6c越过山形部而向槽部6b的谷底下降时，例如在时刻t1的时机对致动器3施加制动(brake)。接下来，在到达自动推入范围时(时刻t2)，考虑锁止弹簧6-2的推入的力，将操作量与相当于在时刻t2、t3间划斜线的区域的量的制动力相加。
即，滚子6c从谷底位置脱出时最需要力，此后逐渐降低驱动力。而且，在变成一定程度的下坡的时刻t1驱动致动器3反转来进行制动。此时，考虑到锁止弹簧6-2的回弹力，从中途(时刻t2)起将制动力与锁止弹簧6-2的推入的力相加。
关于制动的时机，例如求出致动器3的驱动速度(根据输出轴角度的变化量计算)，估计在当前的输出轴角度处使致动器3作用最大制动力时的到达目标谷底位置时的速度，在估计速度满足了条件时使致动器3作用最大制动力。该条件指的是到达目标谷底位置(输出轴角度＝Dnp[deg])时的速度几乎为零，或者到达目标谷底位置时的速度为零后转变为正时。
此外，致动器3的驱动力和制动力根据致动器3的电源电压和温度而变化，因此滚子6c的动作会变化。于是，根据致动器3的电源电压和温度校正到达目标谷底位置时的速度估计。具体而言，在致动器3的电源电压高的情况下增大制动力，在电源电压低的情况下减小制动力。并且，在致动器3的温度高时增大制动力，在温度低时减小制动力。这样，在考虑致动器3的电源电压和温度造成的变动量的情况下校正制动力。
锁止机构6中，利用锁止板6-1的结构和锁止弹簧6-2的回弹力，在滚子6c进入自动推入范围时，锁止弹簧6-2的回弹力产生强大的作用。
于是，在本第1控制例中，除了重视响应性的PI控制之外，还考虑了通过锁止弹簧6-2推入至槽部内的谷底位置的力的量，并将其与制动力相加。这样，通过使制动力增强与将滚子6c推入谷底位置6b的力相当的量，从而如(c)的实线V1所示，到达目标谷底位置时的速度实质上接近零，安静地停止于谷底位置6b处。此外，通过考虑致动器3的电源电压和温度造成的变动量来校正制动力，能够更高精度地控制制动力。
此外，若不考虑锁止弹簧6-2的回弹力，则如实线V2所示，到达目标谷底位置时会残留动能，因此会产生碰撞声音。
图5表示从P挡位向D挡位进行换挡操作时的输出轴角度与响应时间的关系，实线L1表示本实施方式的输出轴角度与响应时间的关系，单点划线L2表示重视换挡响应性并使控制常数匹配的情况下的输出轴角度与响应时间的关系，虚线L3表示重视静音性并使控制常数匹配的情况下的输出轴角度与响应时间的关系。如果重视换挡响应性，则如单点划线L2所示，在越过(超程)目标位置(NotP挡位)后在较短时间内收敛。然而，在超程时会产生碰撞声音。另一方面，在重视静音性的PI控制中，如虚线L3所示，输出轴角度的变化缓和而不易产生碰撞声音，但是响应时间变长。
对此，如实线L1所示，在滚子6c越过山形部后，通过考虑锁止弹簧6-2向槽部6b内的推入力而对致动器3施加制动，既能够缓和输出轴角度的变化而抑制碰撞声音的发生，又能够抑制响应时间变长。由此，能够兼顾静音性和响应性。
图6中，关于输出轴角度与操作量的关系，对比示出了重视换挡响应性而使控制常数匹配的情况(现有技术)和本发明的实施方式的第1控制例的测定结果。如(a)所示，现有例中，100％响应的时间T1较短，而此后，在输出轴角度产生了超程，在经过了100％响应的时间T1后还进行操作，在经过了时间后操作量变为零。
另一方面，如(b)所示，在本实施方式中，100％响应的时间T2稍微变长，然而输出轴角度不会发生超程，在经过了100％响应的时间T2后操作量几乎为零。
＜变形例＞
上述第1控制例中，说明了控制目标位置(目标停止位置)为槽部的下限位置(谷底位置)的情况，而图7和图8分别示出控制目标位置不同的变形例。这里，举例说明从P挡位向NotP挡位进行换挡操作的情况。图7和图8中，(a)示意性示出换挡操作前的状态，(b)示出换挡操作后的控制目标位置。
图7中，将控制目标位置设定为与NotP挡位对应的槽部6b的谷底位置的略微近前处(自动推入范围内)。即，如果设与P挡位对应的槽部6a的谷底位置的输出轴角度为Dp[deg]，则对控制目标位置控制为在输出轴角度(Dnp[deg]-X)使得滚子6c的速度实质上为零。这里“X＜ΔD[deg]”。而且，在从停止位置到谷底位置的范围，通过锁止弹簧6-2的回弹力进行自动推入。
即使控制为在NotP挡位的谷底位置的近前处滚子6c的速度、换言之是动能实质上为零，也能够利用基于锁止弹簧6-2的回弹力的自动推入而使滚子6c安静地移动至槽部6b的谷底位置，能够减轻锁止机构6向槽部6b移动时的碰撞声音。
图8示出另一个变形例，将控制目标位置设定为上次停止位置。即，学习致动器3的从驱动向制动的切换时机以及制动力的设定值，下次根据学习到的设定值进行控制。根据上次从驱动向制动的切换时机和停止位置、到达目标谷底位置时的速度和自目标谷底位置起的超程量(角度)等学习制动力。该学习值可以以致动器3的电源电压、致动器3的温度中的至少任意一方作为参数存储。而且，以到达控制目标位置时的滚子6c的速度或动能实质上为零的方式进行控制。
由于存在花键15的齿隙造成的游隙，因此即使滚子6c停止于槽部6b的谷底位置处，仍会存在输出轴角度无法正确成为Dnp[deg]的可能性，因此实际上以上次停止的位置作为目标。
由此，能够减少在从致动器3到锁止机构6的动力传递路径上存在的游隙和经时变化造成的磨损等的影响，能够提升精度。
[第2控制例]
图9所示的致动器3的第2控制例中中，对致动器3进行最大驱动，此后施加最大制动。(a)示意性示出滚子6c与锁止板6-1的接触部。这里，与图4(a)同样，举例说明从P挡位向NotP挡位进行换挡操作的情况。滚子6c被锁止弹簧6-2向槽部6a、6b的谷底位置按压施力，在滚子6c位于P挡位的槽部6a的谷底位置时，如果设挡位切换轴5的角度(输出轴角度)为Dp[deg]，则只要在±ΔD[deg]的范围内，通过锁止弹簧6-2的按压，滚子6c被自动推入锁止板6-1的槽部6a的谷底位置处(自动推入范围)。
此外，与NotP挡位对应的槽部6b的谷底位置例如是输出轴角度为Dnp[deg]的位置，且与P挡位同样地具有±ΔD[deg]的自动推入范围。止挡16-1配置于输出轴角度为Dp-ΔS[deg]的位置处，止挡16-2配置于输出轴角度为Dnp+ΔS[deg]的位置处。
在驾驶员从P挡位向D挡位(NotP挡位)进行换挡操作时，致动器3的操作量如(b)所示会急剧上升，此后对致动器3进行最大驱动。而且，根据此时的速度变化估计到达目标位置时(时刻t1)的速度，并根据估计速度判断开始制动动作的输出轴角度。在到达了开始制动动作的输出轴角度时(时刻t2)，施加最大制动，并使其在目标位置处停止。此时，根据致动器3的温度速度变更(校正)用于速度估计的减速度。而且，以到达目标位置时的速度、换言之是动能为零的方式，对致动器3进行反转驱动(制动)。作为控制目标位置，图9中示出了时刻t2的情况，也可以如上述变形例所示设定为NotP挡位的谷底的下限的近前(自动推入范围内)或上次停止位置处。
根据本第2控制例，既能够抑制碰撞声音的发生，又能够缩短响应时间。
此外，在上述第1、第2控制例和变形例中，说明了容易听到碰撞声音的从停止状态起步的情况、即从P挡位向NotP挡位进行换挡操作的情况，然而在如EV等那样静音性高的车辆中，在从NotP挡位向P挡位进行换挡操作的情况下当然也可以进行同样的控制。
标号说明
1：自动变速器，3：致动器(电动机)，6：锁止机构，6-1：锁止板，6-2：锁止弹簧(弹簧)，6a、6b：槽部，6c：滚子。

Claims (15)

1.一种自动变速器的挡位切换装置，该自动变速器具有锁止机构，该锁止机构通过弹簧将滚子按压于槽部，使该滚子在多个槽部之间移动来定位变速器的挡位，该自动变速器是利用致动器驱动该锁止机构来变更变速器的挡位位置，该自动变速器的挡位切换装置的特征在于，
在变更所述变速器的挡位位置的情况下，根据所述弹簧产生的向槽部内的推入力对所述致动器进行制动。
2.根据权利要求1所述的自动变速器的挡位切换装置，其特征在于，
该自动变速器的挡位切换装置根据对所述致动器施加的电源电压和所述致动器的温度中的至少一方来改变所述致动器从驱动向制动的切换时机以及制动力中的至少一方。
3.根据权利要求2所述的自动变速器的挡位切换装置，其特征在于，
在所述致动器的电源电压上升的情况下增大制动力，在电源电压降低的情况下减小制动力。
4.根据权利要求2所述的自动变速器的挡位切换装置，其特征在于，
在所述致动器的温度上升的情况下增大制动力，在温度降低的情况下减小制动力。
5.根据权利要求1所述的自动变速器的挡位切换装置，其特征在于，
所述致动器的制动的停止包括所述槽部的下限位置、到达所述槽部的下限位置前且所述弹簧进行自动推入的范围内以及上次的停止位置中的任意一方。
6.根据权利要求1所述的自动变速器的挡位切换装置，其特征在于，
学习所述致动器的从驱动向制动的切换时机和制动力的设定值，在下次根据该学习到的设定值进行控制。
7.根据权利要求6所述的自动变速器的挡位切换装置，其特征在于，
根据上次的从驱动向制动的切换时机和停止位置、到达目标谷底位置时的速度、和自目标谷底位置起的超程量中的至少任意一个学习所述制动力的设定值。
8.根据权利要求1所述的自动变速器的挡位切换装置，其特征在于，
根据所述致动器的最大制动力，设定所述致动器的从驱动向制动的切换时机。
9.一种自动变速器的挡位切换方法，该自动变速器具有锁止机构，该锁止机构通过弹簧将滚子按压于槽部，使该滚子在多个槽部之间移动来定位变速器的挡位，该自动变速器是利用致动器驱动该锁止机构来变更变速器的挡位位置，该自动变速器的挡位切换方法的特征在于，包括：
利用致动器驱动所述锁止机构；以及
根据所述弹簧产生的向槽部内的推入力对所述致动器进行制动。
10.根据权利要求9所述的自动变速器的档位切换方法，其特征在于，
对所述致动器进行制动是指驱动所述致动器反转。
11.根据权利要求10所述的自动变速器的档位切换方法，其特征在于，
驱动所述致动器反转是指将所述弹簧的回弹力加上所述弹簧的推入的力来进行反转驱动。
12.根据权利要求10所述的自动变速器的档位切换方法，其特征在于，
驱动所述致动器反转包括：计算出基于重视响应性的PI控制的制动力；计算出相当于通过所述弹簧推入到槽部内的谷底位置的力的制动力；以及将前述的计算出的制动力相加，驱动所述致动器反转是根据相加结果来反转驱动所述致动器。
13.根据权利要求9所述的自动变速器的档位切换方法，其特征在于，
对所述致动器进行制动包括：求出所述致动器的驱动速度；以及估计在当前的输出轴角度处使致动器作用最大制动力时的到达目标谷底位置时的速度，对所述致动器进行制动是在估计速度满足条件时使所述致动器作用最大制动力。
14.根据权利要求13所述的自动变速器的挡位切换方法，其特征在于，
求出所述致动器的驱动速度是指根据所述致动器的输出轴角度的变化量进行计算。
15.根据权利要求9所述的自动变速器的挡位切换方法，其特征在于，
在对所述致动器进行制动后，还包括在所述槽部的下限位置、到达所述槽部的下限位置前且所述弹簧进行自动推入的范围内以及上次的停止位置中的任意一方停止制动。
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