JP2000130580A - ３位置シフトアクチュエ―タアセンブリのロバスト制御装置 - Google Patents

３位置シフトアクチュエ―タアセンブリのロバスト制御装置

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JP2000130580A
JP2000130580A JP11303850A JP30385099A JP2000130580A JP 2000130580 A JP2000130580 A JP 2000130580A JP 11303850 A JP11303850 A JP 11303850A JP 30385099 A JP30385099 A JP 30385099A JP 2000130580 A JP2000130580 A JP 2000130580A
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pressurized fluid
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clutch
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Gerard F Smith
フレデリック スミス ジェラルド
Michael J Huggins
ジェームズ ハギンズ マイケル
Alan Charles Stine
チャールズ スティン アラン
David L Wadas
レオナード ワァイダス デビッド
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両用複式変速機のスプリッタ複動クラッチ
を作動させる３位置シフトアクチュエータを制御するた
めのソレノイド制御バルブをロバスト制御する。 【解決手段】 ロバスト制御装置10は、加圧流体制御３
位置シフトアクチュエータピストンアセンブリ12に適用
される。このシステムは、３つの軸方向変位位置Ｄ，
Ｎ，ＯＤ）の選択された１つに移動し、保持するため
に、単一の制御加圧流体源44のみを必要とする。ソレノ
イド制御バルブ42は、パルス幅変調によって制御され
る。ソレノイドコイルに通電される電流が制御され、ソ
レノイドコイルに加えられる電圧Ｖが検出されて、制御
パラメータとして使用され、また、比較的緩いディテン
ト48，50がアセンブリを中立位置Ｎに付勢することによ
ってロバスト制御を実行する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複式変速機のスプ
リッタ（小減速比）クラッチまたはレンジ（大減速比）
クラッチ等の歯車変速機の複動クラッチの制御に利用さ
れる形式の３位置アクチュエータピストンアセンブリの
ロバスト制御に関するものである。特に、本発明は、選
択および保持可能な３位置（軸方向中央位置、第１軸方
向変位位置および第２軸方向変位位置）を提供し、か
つ、パルス幅変調されるソレノイド制御バルブを含む単
一の制御可能な圧力流体供給装置のみを必要とする加圧
流体作動アクチュエータピストンアセンブリのロバスト
制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】同期および非同期の両方の形式の複動ク
ラッチ機構を備えた機械式歯車変速機は、米国特許第3,
105,395 号、第3,335,616 号、第4,428,469 号、第4,75
4,665号、第4,920,815 号、第4,944,197 号、第5,086,8
97 号、第5,370,013 号および第5,390,561 号に参照さ
れるように、従来技術において公知であり、これらの特
許の開示内容は、参考として本説明に含まれる。２位置
および３位置流体作動アクチュエータピストンアセンブ
リおよびこれに関連するアクチュエータ装置も、米国特
許第4,899,607 号、第4,928,544 号、第4,936,156 号、
第5,054,591 号、第5,193,410 号、第5,263,379 号、第
5,272,441 号および第5,329,826 号に参照されるよう
に、従来技術において公知であり、これらの特許の開示
内容は、参考として本説明に含まれる。
【０００３】３位置スプリッタアクチュエータおよびバ
ックラッシを増大したスプリッタクラッチを利用する変
速機は、米国特許第5,651,292 号に開示されており、そ
の開示内容は参考として本説明に含まれる。
【０００４】単一の制御加圧流体源のみを必要とする流
体圧作動３位置シフトアクチュエータは、米国特許第5,
661,998 号に開示されており、その開示内容は、参考と
して本説明に含まれる。
【０００５】米国特許第5,661,998 号に記載されるよう
に、この３位置ピストンは、いずれのスプリッタギヤも
係合されない中間位置すなわち中立状態を得るために使
用される。この中立状態は、シフトされるギヤセットが
係合部材（摺動クラッチ）との同期速度を達成できるよ
うにして、非常に円滑なシフトを提供する。
【０００６】この中間すなわち中立位置は、スプリッタ
シリンダ側の小径ピストン受圧面に一定の空気圧信号を
作用させ、大径ピストン受圧面側に、より低圧を作用さ
せることによって得られる。この低圧は、ピストンの後
側に空気圧を作用させるソレノイドバルブをパルス幅変
調（ＰＷＭ）することによって得ることができる。この
パルス幅変調は、０psi （０Pa）とシステム全圧力との
間のいずれかの圧力を得るために、３方２位置ソレノイ
ド制御バルブのオン−オフの迅速な切り換えを必要とす
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来技術のシステムの
欠点は、結果として中立状態を得るＰＷＭ制御値の範囲
が小さいため、その制御方法を車両用変速装置に利用す
るのを困難にしていることである。温度、電圧、圧力、
コンタミネーションおよびソレノイドバルブとスプリッ
タピストンの両方の製造公差等の作動上の変動が、全て
合わさって中立を生じるＰＷＭ制御値の範囲に影響す
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、比較的
簡単かつ安価な流体作動３位置シフトアクチュエータピ
ストンアセンブリおよび選択的に圧力を変化させること
ができる単一の制御可能な加圧流体源のみを必要とする
アクチュエータシステムのロバスト制御を提供すること
によって、上記従来技術の欠点は、最小限とされ、また
は、解消される。
【０００９】上述のことは、従来技術の制御を以下の方
法の少なくとも１つに修正することによって達成され
る。
【００１０】(1) ソレノイドバルブに加えられる電圧Ｖ
は、バルブ応答時間、すなわち、中立状態を得るＰＷＭ
制御値に直接影響する。このバルブ応答時間は、本シス
テムが作動される直流９〜18Ｖの範囲で２倍を越えて変
化する。このため、本発明のロバスト制御は、システム
電圧をＥＣＵによって検出して、スプリッタが中立状態
を達成できるようにバルブＰＷＭ制御値を調整する。
【００１１】(2) バルブ閉弁の応答時間は、コイルの最
大電流によって直接影響される。このため、本発明のロ
バスト制御は、ソレノイドのコイルの電流をその電圧に
かかわらず、より低い一定値に引き下げる回路をＥＣＵ
に設ける。いつでも同じポイントからスタートすること
により、バルブ閉弁時間は、非常に一定して、コイル電
流レベルの変動の影響は、大いに減少される。
【００１２】(3) スプリッタロッド（すなわちピスト
ン）のノッチに嵌め込むばね荷重されたプランジャが、
スプリッタピストンを中立に保持するために使用され
る。このばね荷重されたプランジャすなわちディテント
は、中立状態から移動させるために付加的な力を要求す
ることにより、スプリッタを中立状態に保持するＰＷＭ
制御値の範囲を増大させる。このディテントは、ＰＷＭ
制御中の中立でピストンを保持するための付加的な力を
与えるが、ピストンが中立からギヤ係合位置へ移動する
際には応答時間を遅らせる大きな力を与えないように設
計される。
【００１３】(4) バルブの流量オリフィスを大きくする
ほど、スプリッタピストンを中立状態とするＰＷＭの範
囲は小さくなる。これは、より大きなオリフィスは、多
くの空気を流すので、バルブは、シリンダ内の圧力がス
プリッタが中立を通って移動する値に上昇するまでに、
非常に短時間しか開弁できないからである。スプリッタ
ピストンに使用される同様のバルブは、レンジピストン
（高流量を必要とする）にも使用することができ、本発
明に係るロバスト制御は、初めは中立のために非常時小
さいＰＷＭ範囲を有していた。この状況を改善するた
め、スプリッタソレノイドバルブとスプリッタピストン
との間にオリフィスが追加された。このことは、中立を
達成するためのＰＷＭ範囲を非常に増大させて、スプリ
ッタおよびレンジピストンに共通のバルブを使用できる
ようにした。
【００１４】上述の特徴の１つまたはそれ以上を利用す
ることによって、より強健性をもった様々なシステムバ
リエーションの開ループ制御が提供される。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の上記目的、他の目的およ
び利点は、添付図面に関連する以下の好適な実施形態の
詳細な説明を読むことによって明らかになるであろう。
【００１６】以下の詳細な説明において、特定の用語
は、便宜的にのみ使用されており、限定するものではな
い。「上方」、「下方」、「右方」および「左方」とい
う用語は、図面上で参照される方向を示している。「前
方」および「後方」という用語は、それぞれ、通常どお
りに車両に取付けられた変速機の前端側および後端側を
指しており、図２および図３に示す変速機では、左側お
よび右側となっている。「内方」および「外方」という
用語は、それぞれ、当該装置または示された部品の幾何
学的中心へ向かう方向および離れる方向を指している。
上述の用語は、明確に言及された用語、その派生語およ
び類義語を含む。
【００１７】「複式変速機」という用語は、直列に連結
された主変速部と、補助変速部等の補助動力伝達ユニッ
トとを有し、主変速部で選択された減速ギヤ比をさらに
補助変速部で選択された減速ギヤ比と組み合わせること
ができる多段歯車変速機を表すために使用されている。
「アップシフト」という用語は、ここでは、より低速の
ギヤ比からより高速のギヤ比へのシフトを意味するもの
として使用されており、また、「ダウンシフト」という
用語は、ここでは、より高速のギヤ比からより低速のギ
ヤ比へのシフトを意味するものとして使用されている。
「ロースピードギヤ」または「ローギヤ」という用語
は、ここでは、当該変速機において、比較的低速前進運
転のために利用されるギヤ（すなわち、入力軸速度に対
する出力軸速度の減速比が高いギヤの組合せ）を表すも
のとして使用される。
【００１８】「同期クラッチアセンブリ」および同様の
意味の用語は、噛み合いクラッチによって、選択された
ギアを軸に共転するように結合させるために用いられ、
クラッチの噛み合いが、クラッチの部材がほぼ同期回転
するまで阻止されるようにしたクラッチアセンブリを示
しており、これは、比較的大容量の摩擦手段がクラッチ
部材と共に用いられて、クラッチ係合が開始されると、
クラッチ部材およびそれらと共に回転するすべての部材
をほぼ同期速度で回転させることができるようになって
いる。
【００１９】図１に示す本発明に係る流体作動３位置シ
フトアクチュエータ装置10およびそれに利用される３位
置アクチュエータピストンアセンブリは、図２ないし図
４に示す複式変速機 110においてスプリッタクラッチア
クチュエータとして特に好適に利用することができる。
【００２０】図２および図３に示すように、変速機 110
は、主変速部 112および補助変速部11を含み、これらは
両方ともハウジング 116内に組み込まれている。ハウジ
ング116は、前端壁116Aおよび後端壁116Bを含んでいる
が、中間壁は有していない。
【００２１】入力軸 118は、入力ギヤ 120をこれと共転
するように固定して支持しており、後端部が開口して出
力軸 158の縮径延長部158Aを案内するポケット118Aを形
成している。ポケット118Aすなわち有底ボア内には、滑
動ブッシュ118Bまたはこれと同様なものが設けられてい
る。入力軸 118の前端は、前端壁116Aで軸受118Cによっ
て支持されているのに対して、出力軸の後端158Cは、後
端壁116Bで軸受158Dによって支持されている。軸受158D
は、図３に示すように、一対のテーパベアリングまたは
単一のローラ若しくはボールベアリングとすることがで
きる。
【００２２】主軸 146は、主軸クラッチ 148，150 およ
び主軸スプリッタクラッチ 180（複動スプリッタジョー
クラッチ）を支持しており、外側スプラインが設けられ
た外周面146Bおよび出力軸 158を挿通させるための軸方
向に延びる貫通ボア146Cを有する略管状体146Aの形をと
っている。シフトフォーク 152および 154は、それぞれ
クラッチ 148および 150をシフトするために設けられて
いる。主軸 146は、入力軸 118および出力軸 158に対し
て独立して回転することができ、好ましくは、それらに
対する制限された径方向の移動が許容されている。
【００２３】主変速部 112は、２つのほぼ同一の主部副
軸アセンブリ 122を含んでおり、これらのそれぞれが、
副軸ギヤ 130， 132， 134， 136および 138を固定して
支持した副軸 124を備えている。ギヤ対偶をなす各ギヤ
130， 132， 134， 136および 138は、それぞれ入力ギ
ヤ 118、主軸ギヤ 140，142 および後退主軸ギヤに噛み
合うアイドラギヤ 157に常時噛み合わされている。
【００２４】主部副軸 124は、後方に補助変速部内へ延
ばされ、その後端124Aがハウジングの後端壁116Bに直接
的または間接的に支持されている。
【００２５】補助変速部 114は、２つのほぼ同一の補助
部副軸アセンブリ 160を含んでおり、これらのそれぞれ
が、補助部副軸ギヤ 168， 170および 172を共転するよ
うに支持した補助部副軸 162を含んでいる。ギヤ対偶を
なす各補助部副軸ギヤ 168，170および 172は、それぞ
れスプリッタギヤ 174、スプリッタ／レンジギヤ 176お
よびレンジギヤ 178に常時噛み合わされている。スプリ
ッタクラッチ 180が主軸 146に固定されて、ギヤ 174ま
たは 176のいずれかに選択的にクラッチ結合するのに対
して、同期レンジクラッチ 182は、出力軸 158に固定さ
れて、ギヤ 176または 178のいずれかに選択的にクラッ
チ結合する。好ましくは、スプリッタクラッチ 180は、
本発明に係るアクチュエータ装置10によって制御される
シフトフォーク180A（シフトヨーク）によって軸方向に
位置決めされる。
【００２６】補助部副軸 162は、主部副軸 124の後方延
長部を受入れる貫通ボア162Aを形成するように略管状の
形をとっている。軸受またはブッシュ162B，162Cは、主
部副軸 124上で補助部副軸 162を回転可能に支持してい
る。軸受162Dは、後端壁116Bで副軸 124， 162の後端部
を直接的または間接的に支持している。
【００２７】複動ジョークラッチカラー 180の構造およ
び機能は、主変速部 112において利用される摺動クラッ
チカラー 148， 150の構造および機能とほぼ同じであ
り、また、複動同期クラッチアセンブリ 182の構造およ
び機能は、例えば米国特許第4,462,489 号、第4,125,17
9 号および第2,667,955 号に参照される従来技術の複動
同期クラッチアセンブリの構造および機能とほぼ同じで
あり、これらの特許の開示内容は参考として本説明に含
まれる。図示の同期クラッチアセンブリ 182は、、前記
米国特許第4,462,489 号に記載されたピン形式のもので
ある。
【００２８】本発明に係るアクチュエータ装置10と関連
して使用するときは、スプリッタジョークラッチ 180
は、３位置クラッチアセンブリであり、主軸 146に対し
てギヤ176またはギヤ 174をそれぞれ連結させる最右方
（直結）位置（第１連結位置）または最左方（オーバー
ドライブ）位置（第２連結位置）、あるいは、中間の非
連結（中立）位置に選択的に位置決めすることができ
る。中立位置とは、主軸 146に対してギヤ 174またはギ
ヤ 176のいずれも連結させないクラッチ 180の中間位置
の範囲のことである。
【００２９】図２ないし図４に参照されるように、スプ
リッタクラッチ 180およびレンジクラッチ 182の両方を
その軸方向において前後に選択的に位置決めすることに
よって、４つの異なる出力軸に対する入力軸の回転比を
得ることができる。したがって、補助変速部 114は、入
出力間（主軸 146と出力軸 158との間）で、選択可能な
４速すなわち４つの駆動比を提供する３層のレンジ／ス
プリッタ結合型補助変速部である。主変速部 112は、後
退および潜在的に選択可能な前進３速を提供する。しか
しながら、選択可能な主変速部の前進ギヤ比の１つ、す
なわち、主軸ギヤ 142に関係するロースピードギヤ比
は、高レンジにおいては利用されない。このため、変速
機 110は、このロースピードギヤ比の分割の望ましさお
よび実用性から、正確には選択可能な前進９速または10
速を提供する「（２＋１）×（２×２）」形式の変速機
として表される。
【００３０】変速機 110のシフトパターンが図４に概略
的に示されている。Ｈパターンの３／４および５／６区
間からＨパターンの７／８および９／10区間への水平方
向の移動が変速機の低レンジから高レンジへのシフトを
意味しているのに対して、各ギヤレバー位置における垂
直方向の区分はスプリッタシフトを意味している。上記
のことから、図４に示されるように、レンジクラッチシ
フトの操作がシフトパターンの中央と最右方との間のギ
ヤシフトレバーの移動に自動的に応答するのに対して、
スプリッタシフトは、一般にシフトレバーのノブに配置
されるボタン、すなわち、車両運転者が操作するスプリ
ッタボタンのようなものによる通常の方法によって達成
される。この一般的な形式のレンジシフト装置は、従来
技術において知られており、また、米国特許第3,429,20
2 号、第4,455,883 号、第4,561,325 号、第4,663,725
号および第4,974,468 号に参照されており、これらの特
許の開示内容は参考として本説明に含まれる。
【００３１】再度図４を参照し、変速機がほぼ等しい段
間比を有することが望ましいと仮定すると、スプリッタ
段間比は、主部段間比の平方根にほぼ等しくし、かつ、
レンジ段間比は、全てのレンジで生じる主部の段数をＮ
としたとき（すなわち「（２＋１）×（２×２）」変速
機 110ではＮ＝２）、主部段間比のＮ乗にほぼ等しくす
べきである。所望の理想的なギヤ比が与えられると、こ
れらのギヤ比に近似したギヤ比が得られるように各ギヤ
が選択される。上記の例では、レンジ段間比が約 316％
であるのに対して、スプリッタ段間比は約33.3％であ
り、1.78（主部段間比約78％）の平方根が約1.33に等し
く、かつ、1.78の２乗（すなわちＮ＝２）が約3.16に等
しいことから、約78％の段間比を有する「２＋１」主変
速部にほぼ当てはまることになる。
【００３２】図２ないし図４に示す変速機 110と同様な
機械式変速機を少なくとも一部自動化された機械式変速
装置に利用するためには、特定の作動状態下において
は、スプリッタジョークラッチ 180をその中立位置へ移
動させて保持し、また、シフトフォーク180Aおよびクラ
ッチ 180に作用させる力を変化させることが望ましい。
本発明に係るシフトアクチュエータピストンアセンブリ
12およびアクチュエータ装置10は、比較的簡単で、安価
で、かつ、信頼できる手段を提供し、所望のスプリッタ
クラッチ制御特性を提供する。
【００３３】図１に示すように、流体作動３位置アクチ
ュエータピストンアセンブリ12は、本体ピース14A およ
び端部キャップ14B からなる２ピースのシリンダボディ
14（本体）を含んでいる。シリンダボディ14は、有底ボ
ア16（ボア）を形成し、この有底ボア16から延びるピス
トン軸18がシフトフォーク180A等のシフトアクチュエー
タを支持してこれと共に軸方向に移動する。有底ボア16
は、拡径部16A （大径部）、縮径部16B （小径部）およ
びこれらの間の中間径部16C を含んでいる。肩部16D お
よび16E は、それぞれ拡径部16A と中間径部16C および
中間径部16C と縮径部16B の境界を形成している。一例
として、大型（高容量）変速機用の場合、拡径部16A 、
縮径部16B および中間径部16C の直径16F 、16H および
16G は、それぞれ約2.203 インチ(55.96mm) 、約1.197
インチ(30.40mm) および約1.850インチ(46.99mm) とす
ることができる。
【００３４】拡径面積差ピストン部材20は、拡径部16A
内に摺動可能かつ気密的に嵌装されており、また、ピス
トン軸18にこれとともに軸方向に移動するように固定さ
れている。面積差ピストン部材20は、左方に臨む大受圧
面20A および右方に臨む小受圧面20B を形成している。
【００３５】ピストン軸18は、縮径部16B 内に摺動可能
かつ気密的に嵌装されており、また、その外周面18A 上
に環状の中空ピストン22を支持している。環状の中空ピ
ストン22は、軸部18の外周面に摺動可能かつ気密的に支
持される内周面22A および中間径部16C 内に摺動可能か
つ気密的に嵌装される外周面22B を形成している。この
中空ピストン22も左方に臨むピストン面（受圧面）22C
を形成している。なお、中空ピストン22の受圧面22C の
有効面積は、面積差ピストンの小受圧面20B の有効面積
よりも小さくなっている。また、一般に、小受圧面20B
の有効面積を大受圧面20A の有効面積の約65％ないし75
％とし、また、中空ピストン22の受圧面22C の有効受圧
面を小受圧面20B の有効面積の約50％ないし60％とする
とよい。
【００３６】ピストン軸18は、シフトフォーク（ヨー
ク）180Aと関連して示されているが、これは、米国特許
第4,920,815 号に示される形式のシフト機構等の他の装
置を駆動するために利用されることもできる。
【００３７】環状の中空ピストン22のピストン軸18に対
する軸方向左方への移動が拡径ピストン部材20の受圧面
20B によって制限されているのに対して、右方（第１軸
方向）への移動は、ストップ部材24によって制限されて
いる。中空ピストン22のボア16およびシリンダボディ14
に対する軸方向右方（第１軸方向）への移動は、肩部16
E によって制限されている。受圧面20A および拡径部16
A が第１室26を形成し、通路28によって第１室26が選択
的に加圧および排出可能な流体導管Ａに接続されている
のに対して、受圧面20B 、拡径部16A および中空ピスト
ン22の左方の受圧面22C は、第２室30を形成しており、
通路32によって第２室30が常時一定加圧状態の導管Ｂに
接続されている。
【００３８】ピストン軸18およびシフトヨーク180Aの軸
方向位置を表す入力信号を提供するために位置センサ34
を設けることができる。図に示すように、シフトヨーク
180Aは、完全に左側（第２軸方向）へ変位してオーバー
ドライブスプリッタ比ODに連結（すなわち、ギヤ 174が
主軸 146に連結）し、完全に右側（第１軸方向）に変位
して直結スプリッタ比Ｄに連結（すなわち、ギヤ 174が
主軸 146に連結）し、また、中央の中立位置（主軸 146
がギヤ 174， 176のいずれにも連結しない）領域Ｎに位
置決めされる。
【００３９】マイクロプロセッサベースのコントローラ
36を設け、これによって様々な入力信号38を受信して、
これらを所定の論理規則に従って処理し、第１室26およ
び導管Ａの加圧および排出を制御するために使用される
パルス幅変調ソレノイド制御バルブアセンブリ42等の様
々なシステムアクチュエータへコマンド出力信号40を発
信するようにしてもよい。この形式のコントローラは、
米国特許第4,360,060号、第4,595,986 号、第5,281,902
号および第5,445,126 号に参照されるように、従来技
術において知られており、これらの特許の開示内容は、
参考として本説明に含まれる。
【００４０】一般的には車両コンプレッサである調整さ
れフィルタ処理された車載空気圧源44が導管Ｂおよびシ
リンダボディ14の通路32を介して第２室30に常時直接的
に接続されている。第１室26は、導管Ａおよび通路28を
介して、３方（ポート）２位置パルス幅変調ソレノイド
制御バルブアセンブリ42の出口に接続され、ソレノイド
制御バルブ42の位置に応じて、ソレノイド制御バルブ42
の入口に接続された空気圧源44または大気ATMO（エキゾ
ースト）に選択的に接続される。一般的な大型車両で
は、空気圧源44は、約80psi(551kPa) に調整されてい
る。なお、この調整圧力は、一般に、約75〜85psi (517
〜586kPa) とするとよい。
【００４１】このマイクロプロセッサベースのコントロ
ーラ36は、SAE J1922 、SAE J1939およびISO 11898 等
の工業規格プロトコルに規定された電子データリンクか
ら、また、スロットルペダル位置、車両速度、変速機軸
速度、エンジン速度、エンジントルク、シフトレバーお
よびスプリッタセレクタの操作（位置）並びに主クラッ
チ状態等を表すセンサ等の様々なセンサから入力信号を
受信してもよい。また、コントローラ36は、ディスプレ
イ装置、主変速部およびレンジ部アクチュエータ、エン
ジンコントローラ、主クラッチオペレータ並びにドライ
ブラインリターダ等へコマンド出力信号40を発信するよ
うにしてもよい。コントローラ36は、パルス幅変調され
たコマンド出力信号をソレノイド制御バルブアセンブリ
42へ発信することもできる。
【００４２】出力軸 158の回転速度を表す信号（車両速
度をも表す）を得るためにセンサ158E（図３参照）を設
けてもよく、また、シフトレバー64に配置されたスプリ
ッタ選択スイッチ62（スプリッタセレクタ）（図２参
照）の操作を表す信号を得るためにセンサ60を設けるこ
ともできる。
【００４３】ピストン軸18／シフトヨーク180Aが中立位
置にあり、かつ、中空ピストン22がストップ部材24に当
接しているとき（第２室30が常時一定加圧状態にあるこ
との結果として中立位置にある）、中空ピストン22は、
肩部16E と接触していることに注目することが重要であ
る。したがって、ピストン軸18／シフトヨーク180Aがオ
ーバードライブ方向（左方）へ変位すると、中空ピスト
ン22の受圧面22C は、ピストン軸18およびシフトヨーク
180Aに右方への力（この例では約 130ポンド(578N)）を
作用させ、この力は、ピストン軸18およびシフトヨーク
180Aが中立位置へ移動し、または、中立位置から直結方
向（右方）へ移動することによってにわかに消失する。
以下にさらに詳述するように、この特性が３位置アクチ
ュエータ12の位置決め制御に利用される。
【００４４】上記の寸法および 80psi(551kPa)の加圧流
体源（すなわち、16F ＝2.203 インチ(55.96mm) 、16H
＝1.197 インチ(30.40mm) 、16G ＝1.850 インチ(46.99
mm)および空気圧源＝ 80psi(551kPa)）を仮定して、シ
フトヨーク180Aの各位置に対応した様々な程度のパルス
幅変調におけるシフトヨーク180Aに作用する力を図５に
示す。
【００４５】図５において、パルス幅変調の百分率（％
PWM ）の値は０％変調（最大加圧）から 100％変調（加
圧せず）までで、正の力が直結方向（右方）への力を示
しているのに対して負の力はオーバードライブ方向（左
方）への力を示している。曲線50は、シフトヨーク180A
が中立位置に対してオーバドライブ側（左側）へ変位し
ている場合にシフトヨーク180Aに作用する力を表してい
るのに対して、曲線52は、シフトヨーク180Aが中立位置
に対して直結側（右側）へ変位している場合にシフトヨ
ーク180Aに作用する力を表している。ソレノイド制御バ
ルブ42によって与えられるいかなるパルス幅変調のレベ
ルにおいても、すなわち、それに応答した結果の導管Ａ
のいかなる加圧状態においても、曲線50と曲線52との差
は、右方へのおおよそ 130ポンドの力であり、これは、
シフトヨーク180Aが中立位置に対して左側（オーバード
ライブ側）に配置されているときに中空ピストン22が付
与する力である。
【００４６】一例として、オーバードライブに連結され
た状態でソレノイド制御バルブ42の０％変調（すなわち
最大加圧）が指令された場合、シフトヨーク180Aは、中
立位置に到達するまでは、オーバードライブ位置から中
立位置へ向かって約 220ポンド(979N)の力で付勢され
（曲線50参照）、その後、中立位置から直結位置までは
約90ポンド(400N)の力で付勢される（曲線52参照）。同
様に、20％変調（すなわち、ソレノイド制御バルブ42に
よる80％加圧）では、シフトヨーク180Aは、中立位置へ
向かって約 170ポンド(756N)の力で駆動され、その後、
中立位置から直結位置へ約40ポンドの力で駆動される。
【００４７】線分54で示されるように、約38％変調（す
なわち、ソレノイド制御バルブ42による62％加圧）の場
合は、シフトヨーク180Aの位置にかかわらず、シフトヨ
ーク180Aは、約65ポンド(289N)の力で中立位置へ向かっ
て付勢され、その後、中立位置で急に停止する。理論的
には、28％変調（破線56）から約52％変調（破線58）の
間では、シフトヨーク180Aは、様々な大きさの力で中立
位置へ付勢され、中立位置またはその付近で保持され
る。
【００４８】したがって、本発明に係る３位置アクチュ
エータ装置10を使用し、ソレノイド制御バルブアセンブ
リ42によって制御される単一のパルス幅変調のみを必要
として、選択および維持可能な３位置および選択的に駆
動力を変化させることができるアクチュエータを得るこ
とができる。
【００４９】図示された装置では、０％から約28％の変
調の結果として、アクチュエータは直結位置へシフト
し、約28％から約52％の変調の結果として、アクチュエ
ータは中立位置へシフトし、また、約52％から 100％の
変調の結果として、アクチュエータはオーバードライブ
位置へシフトする。この代わりに、０psi(０Pa) から80
psi(551kPa) の間で選択的に変化させることができる可
変空気圧源を用いて、単純に可変空気圧源から導管Ａへ
の供給圧力を変化させることによっても同様の結果を得
ることができる。アクチュエータ装置10の作動特性は、
ピストンの受圧面20A ，20B ，22C の相対的な有効面積
を変化させることによって、要求に応じて変化させるこ
とができる。
【００５０】バルブアセンブリ42は、２位置バルブ部材
42B の位置決めを制御するためのソレノイド42A を含ん
でいる。ＥＣＵ36からのコマンド信号40によって作動さ
れるソレノイドコントローラ42C は、バッテリまたはオ
ルタネータ等の車載電力源（図示せず）からソレノイド
42A を選択的に励起および励起解除する。コントローラ
42C の全部または一部は、ＥＣＵ32と一体とすることも
できる。このバルブは、前述の米国特許第5,661,998 号
に示される構造とすることもできる。
【００５１】ソレノイドバルブ42に加えられる電圧Ｖ
は、バルブ応答時間、すなわち、中立状態を得るＰＷＭ
制御値に直接影響する。このバルブ応答時間は、一般的
な車載システムが作動される直流９〜18Ｖの範囲で２倍
を越えて変化される。システム電圧Ｖは、コントローラ
42C によって検出され、ＥＣＵ36に供給されて、スプリ
ッタが中立状態を達成するようにバルブＰＷＭ制御値を
調整する。このようにして、ソレノイド42A の制御は、
このソレノイドに加えられた検出電圧Ｖに応じてなされ
る。特に、応答時間（したがって、必要なリードタイ
ム）は、検出電圧に逆比例して変化する。
【００５２】バルブ閉弁の応答時間は、コイルの最大電
流によって直接影響される。回路46が、ＥＣＵおよび／
またはコントローラ42に設けられて、ソレノイドのコイ
ルの電流をその電圧にかかわらず、より低い一定値に引
き下げる。いつでも同じポイントからスタートすること
により、バルブ閉弁時間は、非常に一定して、コイル電
流レベルの変動の影響は、大いに減少される。
【００５３】スプリッタロッド18すなわちピストン20の
ノッチ50に嵌め込むばね荷重されたプランジャ48（ディ
テント部材）は、スプリッタピストン20を中立に保持す
るために使用される。このばね荷重されたプランジャす
なわちディテントは、中立状態から移動させるために付
加力を要求することにより、スプリッタを中立状態に保
持するＰＷＭ制御値の範囲を増大させる。このディテン
トは、ＰＷＭ制御中の中立でピストンを保持するための
付加的な力を与えるが、ピストンが中立からギヤ係合位
置へ移動する際に応答時間を遅らせる大きな力を与えな
いように設計される。
【００５４】バルブおよび／または導管の流量オリフィ
スを大きくするほど、スプリッタピストンを中立状態と
するＰＷＭの範囲は小さくなる。これは、より大きなオ
リフィスは、多くの空気を流すので、バルブは、シリン
ダ内の圧力がスプリッタが中立を通って移動する値に上
昇するまでに、非常に短時間しか開弁できないからであ
る。
【００５５】スプリッタピストンに使用される同様のバ
ルブ42B は、レンジピストン（要求されれば高流量を必
要とする）にも使用することができるので、この状況を
推進するために、オリフィスすなわち絞り52がスプリッ
タソレノイドバルブ42B とスプリッタピストン室26との
間に追加されている。これは、中立を達成するためのＰ
ＷＭ範囲を非常に増大させて、スプリッタおよびレンジ
ピストンに共通のバルブを使用できるようにする。
【００５６】以上に本発明の好適な実施形態をある程度
特定化して述べたが、特許請求の範囲に示される本発明
の技術的思想から逸脱することなく、形状および詳細に
ついて様々な変更を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る流体作動３位置シフ
トアクチュエータ装置の概略図である。
【図２】本発明に係るアクチュエータ装置を有利に利用
することができる複式変速機の概略図である。
【図３】図２の変速機の好適な実施形態の縦断面図であ
る。
【図４】図２の変速機のための一般的なシフトパターン
および一般的なギヤ比を示す図である。
【図５】単一の供給制御弁の変化可能なパルス幅変調、
すなわち、これによって第１室へ供給される可変流体圧
力に応答して、本発明のアクチュエータアセンブリによ
って発生される力を示すグラフ図である。
【符号の説明】
10 車両用変速装置 12 シフトアクチュエータアセンブリ 18 ピストン軸（軸） 20 面積差ピストン部材（面積差ピストン） 20A 大受圧面 20B 小受圧面 26 第１室 30 第２室 38 入力信号 40 出力信号 42 ソレノイド制御バルブ 44 車載空気圧源（加圧流体源） 48 プランジャ（ディテント部材） 52 オリフィス（絞り） 110 複式変速機 174,176 スプリッタギヤ 180 複動ジョークラッチ 180A シフトヨーク
フロントページの続き (71)出願人 390033020 Ｅａｔｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｌｅｖｅｌ ａｎｄ，Ｏｈｉｏ 44114，Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 マイケル ジェームズ ハギンズ アメリカ合衆国，ミシガン 49001−5303, カラマズー，ブランシェ アベニュ 18 (72)発明者 アラン チャールズ スティン アメリカ合衆国，ミシガン 49009−3871, カラマズー，フォックスクロフト ドライ ブ 5071 (72)発明者 デビッド レオナード ワァイダス アメリカ合衆国，ミシガン 49004−9000, カラマズー，ウィローブルック ドライブ 6300

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 選択可能な中立位置、該中立位置から第
    １軸方向にオフセットした第１係合位置および該第１軸
    方向と反対の第２軸方向にオフセットした第２係合位置
    の１つに、複動クラッチを選択的に位置決めするための
    加圧流体制御３位置シフトアクチュエータアセンブリの
    ロバスト制御装置であって、 前記シフトアクチュエータアセンブリは、 前記クラッチに連動するシフト部材と、 該シフト部材に共に軸方向移動するように固定され、選
    択的に加圧圧力を変化可能な第１室内の加圧流体に臨む
    大受圧面および一定に加圧された第２室内の加圧流体に
    臨む反対側の小受圧面を有し、前記大受圧面に接する加
    圧流体が前記第１軸方向へ駆動する力を発生させ、ま
    た、前記小受圧面に接する加圧流体が前記第２軸方向へ
    駆動する力を発生させる面積差ピストンと、 ソレノイドコイルおよび該コイルにパルス幅変調された
    電気エネルギを加えるバルブコントローラを含み、前記
    第１室を加圧流体源またはエキゾーストに選択的に接続
    する２位置ソレノイド制御バルブアセンブリと、 入力信号を受け、これを所定の論理規則に従って処理し
    て、前記バルブコントローラを含むアクチュエータへ指
    令出力信号を発信する制御ユニットとを備えており、 (i) 前記ソレノイドコイルに加えられる電圧(V) を検出
    し、該検出電圧に応じて前記バルブコントローラを制御
    する手段、または、 (ii)前記ソレノイドコイルに加えられる電流を調整する
    手段の少なくとも一方を備えていることを特徴とするロ
    バスト制御装置。
  2. 【請求項２】 さらに、前記ピストンを前記クラッチが
    中立位置となる位置にばね付勢するディテント部材を備
    えていることを特徴とする請求項１に記載のロバスト制
    御装置。
  3. 【請求項３】 前記第２室は、一定の調整圧力に常時加
    圧され、前記第１室は、前記調整圧力を越えない可変圧
    力に選択的に加圧されることを特徴とする請求項１に記
    載のロバスト制御装置。
  4. 【請求項４】 前記第２室は、一定の調整圧力に常時加
    圧され、前記第１室は、前記調整圧力を越えない可変圧
    力に選択的に加圧されることを特徴とする請求項２に記
    載のロバスト制御装置。
  5. 【請求項５】 前記シフト部材は、前記クラッチに係合
    可能なシフトヨークであることを特徴とする請求項１に
    記載のロバスト制御装置。
  6. 【請求項６】 前記シフトヨークは、前記ピストンに支
    持された軸に固定されていることを特徴とする請求項５
    に記載のロバスト制御装置。
  7. 【請求項７】 前記制御ユニットは、前記ソレノイドコ
    イルに加えられた検出電圧によって変化する前記バルブ
    の応答時間に応じて前記バルブコントローラを制御する
    ことを特徴とする請求項１に記載のロバスト制御装置。
  8. 【請求項８】 前記制御ユニットは、前記ソレノイドコ
    イルに加えられた検出電圧によって変化する前記バルブ
    の応答時間に応じて、前記バルブコントローラを制御す
    ることを特徴とする請求項２に記載のロバスト制御装
    置。
  9. 【請求項９】 ２つのスプリッタギヤ(174,176) の１つ
    を選択的に軸(146)に連結するための複動スプリッタジ
    ョークラッチ(180) と、該クラッチを中立位置（Ｎ）、
    該中立位置から前記スプリッタギヤの一方に連結するた
    めの第１軸方向にオフセットした第１連結位置（Ｄ）お
    よび前記中立位置から前記スプリッタギヤの他方に連結
    するための前記第１軸方向とは反対側の第２軸方向にオ
    フセットした第２連結位置(OD)の１つに選択的に位置決
    めするための加圧流体作動式の３位置シフトアクチュエ
    ータアセンブリ(12)とを備えた機械式スプリッタ型複式
    変速機であって、 前記３位置シフトアクチュエータアセンブリは、 前記クラッチ(180) に連動するシフト機構(18,180A)
    と、 前記シフト機構に共に軸方向移動するように固定され、
    選択的に加圧圧力を変化可能な第１室内の加圧流体に臨
    む大受圧面(20A) および一定に加圧された第２室内の加
    圧流体に臨む反対側の小受圧面(20B) を有しており、前
    記大受圧面に接する加圧流体が前記第１軸方向へ駆動す
    る力を発生させ、また、前記小受圧面に接する加圧流体
    が前記第２軸方向へ駆動する力を発生させるようになっ
    ている面積差ピストン(20)と、 ソレノイドコイル(42A) および該コイルにパルス幅変調
    された電気エネルギを加えるバルブコントローラ(42C)
    を含み、前記第１室を加圧流体源またはエキゾースト(A
    TMO)に選択的に接続する２位置ソレノイド制御スプリッ
    タバルブアセンブリ(42)と、 入力信号(38)を受け、これを所定の論理規則に従って処
    理して、前記バルブコントローラを含むアクチュエータ
    へ指令出力信号(40)を発信する制御ユニット(36)とを備
    えており、 (i) 前記ソレノイドコイルに加えられる電圧(V) を検出
    し、該検出電圧に応じて前記バルブコントローラを制御
    する手段、または、 (ii)前記ソレノイドコイルに加えられる電流を調整する
    手段(46)の少なくとも一方を備えていることを特徴とす
    る機械式スプリッタ型複式変速機。
  10. 【請求項１０】 さらに、前記ピストンを前記クラッチ
    が中立位置となる位置にばね付勢するディテント部材(4
    8,50) を備えていることを特徴とする請求項９に記載の
    機械式スプリッタ型複式変速機。
  11. 【請求項１１】 前記第２室は、一定の調整圧力に常時
    加圧され、前記第１室は、前記調整圧力を越えない可変
    圧力に選択的に加圧されることを特徴とする請求項９に
    記載の機械式スプリッタ型複式変速機。
  12. 【請求項１２】 前記シフト部材は、前記クラッチに係
    合可能なシフトヨーク(180A)であることを特徴とする請
    求項９に記載の機械式スプリッタ型複式変速機。
  13. 【請求項１３】 前記シフト部材は、前記クラッチに係
    合可能なシフトヨーク(180A)であることを特徴とする請
    求項10または11に記載の機械式スプリッタ型複式変速
    機。
  14. 【請求項１４】 さらに、前記２位置スプリッタバルブ
    とほぼ同一の２位置レンジバルブによって制御されるレ
    ンジ部と、前記第１室と前記２位置スプリッタバルブと
    の間に配置された流量絞り(52)とを備えていることを特
    徴とする請求項９に記載の機械式スプリッタ型複式変速
    機。
  15. 【請求項１５】 ２つのスプリッタギヤ(174,176) の１
    つを選択的に軸(146) に連結するための複動スプリッタ
    ジョークラッチ(180) 、 該クラッチを中立位置（Ｎ）、該中立位置から前記スプ
    リッタギヤの一方に連結するための第１軸方向にオフセ
    ットした第１連結位置（Ｄ）または前記中立位置から前
    記スプリッタギヤの他方に連結するための前記第１軸方
    向とは反対側の第２軸方向にオフセットした第２連結位
    置(OD)の１つに選択的に位置決めするための加圧流体作
    動式の３位置シフトアクチュエータアセンブリ(12)であ
    って、 前記クラッチ(180A ／180)に連動するピストン軸(18)
    と、 前記軸に共に軸方向移動するように固定され、選択的に
    加圧圧力を変化可能な第１室内の加圧流体に臨む大受圧
    面(20A) および一定に加圧された第２室内の加圧流体に
    臨む反対側の小受圧面(20B) を有しており、前記大受圧
    面に接する加圧流体が前記軸を第１軸方向へ駆動する力
    を発生させ、また、前記小受圧面に接する加圧流体が前
    記軸を前記第２軸方向へ駆動する力を発生させるように
    なっている面積差ピストン(20)とを備えている３位置シ
    フトアクチュエータアセンブリ、 前記第２室(30)に直接接続される所定の調整圧力に調整
    された車載調整圧縮空気源（44B)、 ソレノイドコイル(42A) および該コイルにパルス幅変調
    された電気エネルギを加えるバルブコントローラ(42C)
    を含み、前記調整圧縮空気源を前記第１室に接続する第
    １位置および前記第１室を大気(ATMO)に排出させる第２
    位置を有するバルブを含み、前記第１室を加圧流体源ま
    たはエキゾースト(ATMO)に選択的に接続する２位置ソレ
    ノイド制御スプリッタバルブアセンブリ(42)、および、 入力信号を受け、これを所定の論理規則に従って処理し
    て、前記バルブコントローラを含むアクチュエータへ指
    令出力信号を発信する制御ユニット、を備えた車両用変
    速システムであって、 (i) 前記ソレノイドコイルに加えられる電圧(V) を検出
    し、該検出電圧に応じて前記バルブコントローラを制御
    する手段、または、 (ii)前記ソレノイドコイルに加えられる電流を調整する
    手段(46)の少なくとも一方を備えていることを特徴とす
    る車両用変速システム。
JP11303850A 1998-10-26 1999-10-26 ３位置シフトアクチュエ―タアセンブリのロバスト制御装置 Pending JP2000130580A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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