JP2002283882A - 車両の自動変速装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】歯車式のトランスミッションと機械的なクラッ
チを備える車両の自動変速装置において、主変速機の出
力側に配置される副変速機の切り替えを伴う変速制御の
所要時間（変速時間）を短縮できるようにする。 【解決手段】副変速機の切り替えを伴う変速指令が発生
するとクラッチを切断して主変速機をニュートラルにセ
ットする手段（Ｓ１，Ｓ３）と、そのクラッチ断後にエ
ンジン回転を車速に相当する検出値と変速完了後の変速
比とから計算される目標回転に制御する手段（Ｓ２）
と、同じくニュートラルへのセット後に副変速機の切り
替えを行うと共にクラッチを副変速機の切り替え中にダ
ブルクラッチ動作させる手段（Ｓ５〜Ｓ８）と、ダブル
クラッチ動作がクラッチ断で終了するとその直後に主変
速機の目標段へのギヤ入れを行う手段（Ｓ９）と、主変
速機のギヤ入れが完了するとクラッチを接続すると共に
エンジン回転の制御をアクセルに基づく通常制御に復帰
させる手段（Ｓ１０，Ｓ１１）と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、車両の自動変速
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両の自動変速装置として従来から、歯
車式のトランスミッションのギヤシフト機構を駆動する
ギヤシフトアクチュエータと、機械的なクラッチを断続
するクラッチアクチュエータと、車両の変速指令が発生
すると各種センサ類の検出信号に基づいて車両の変速を
遂行するようにこれらアクチュエータを制御するコント
ロールユニットと、を備えるものが知られている（特開
２０００−３５１１４号，特開２０００−２７９８９
号，特開平１１−１０５５８５号、参照）。

【０００３】このような自動変速装置においても、主変
速機に副変速機を組み合わせる多段トランスミッション
の適用が拡大しつつある。副変速機としては、主変速機
の入力側に配置されるフロントスプリッタ方式のほか、
主変速機の出力側に配置されるレンジ切り替え方式があ
り、これらの併用により効率よくコンパクトに多段化し
たトランスミッションの搭載例もよく見られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような、主変速機
に副変速機を組み合わせる歯車式のトランスミッション
を備える自動変速装置の場合、レンジ方式の副変速機の
切り替えを伴う変速制御においては、レンジギヤのシン
クロ負荷（同期側イナーシャ）を軽減するため、主変速
機のギヤ抜き（ニュートラル）状態で副変速機の切り替
えを行う必要があり、その切り替えの完了後に主変速機
のギヤ入れを行うようになっている。このため、レンジ
方式の副変速機の切り替えを伴わない変速制御に較べる
と、変速時間が余分に長く掛かる不具合が考えられる。
なお、スプリッタ方式の副変速機については、クラッチ
が切断されると、同期側イナーシャはそれほど大きくな
いので、主変速機のニュートラルへのギヤ抜きに同期し
て切り替えるように制御される。

【０００５】この発明は、副変速機の切り替えを伴う変
速制御の所要時間（変速時間）を短縮することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１の発明では、主変速
機に副変速機を組み合わせる歯車式のトランスミッショ
ンと、トランスミッションとエンジンとの間に介装され
る機械的なクラッチと、を備える車両の自動変速装置に
おいて、副変速機の切り替えを伴う変速指令が発生する
とクラッチを切断して主変速機をニュートラルにセット
する手段と、そのクラッチ断後またはニュートラルへの
セット後にエンジン回転を車速に相当する検出値と変速
完了後の変速比とから計算される目標回転に制御する手
段と、同じくニュートラルへのセット後に副変速機の切
り替えを行うと共にクラッチを副変速機の切り替え中に
ダブルクラッチ動作させる手段と、ダブルクラッチ動作
がクラッチ断で終了するとその直後に主変速機の目標段
へのギヤ入れを行う手段と、主変速機のギヤ入れが完了
するとクラッチを接続すると共にエンジン回転の制御を
アクセルに基づく通常制御に復帰させる手段と、を備え
たことを特徴とする。

【０００７】第２の発明では、第１の発明に係る車両の
自動変速装置における副変速機は、主変速機の出力側に
配置されるレンジ切り替え可能な大減速比型に設定した
ことを特徴する。

【０００８】

【発明の効果】第１の発明または第２の発明によると、
副変速機の切り替えを伴う変速制御においては、変速指
令が発生すると、クラッチが切断され、主変速機がニュ
ートラルにセット（ギヤ抜き）される。そして、クラッ
チ断後または主変速機のニュートラルへのセット後にエ
ンジン回転が目標回転（車速に相当する検出値と変速完
了後の変速比とから計算）に制御される。また、主変速
機のニュートラルへのセット後に副変速機が切り替えら
れ、その切り替え中にダブルクラッチ動作が行われ、エ
ンジンからトランスミッションに目標回転が入力され
る。そして、ダブルクラッチ動作がクラッチ断で終了す
ると、その直後に主変速機のギヤ入れが行われ、このギ
ヤ入れが完了すると、クラッチが接続され、エンジン回
転の制御が通常制御に戻されるのである。

【０００９】このように、エンジン回転の制御と副変速
機の切り替え中に行われるダブルクラッチ動作により、
トランスミッションへの入力回転が目標回転に制御され
るので、主変速機のギヤ入れが円滑かつ迅速に処理でき
るようになる。すなわち、副変速機の切り替え時間を有
効活用する形で目標回転に制御されるエンジンに対して
ダブルクラッチ動作を行うことにより、主変速機のギヤ
入れすべき変速段の同期回転が得られるようにしたの
で、副変速機の切り替えを伴う変速制御の所要時間（変
速時間）を大幅に短縮できるほか、主変速機のギヤ入れ
に伴うシンクロ時間およびシンクロ負荷の極小化も得ら
れる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１において、１はエンジン（デ
ィーゼルエンジン）、２は摩擦クラッチ、３は同期噛合
式トランスミッションであり、トランスミッション３の
出力軸はプロペラシャフト（図示せず）を介して駆動軸
（たとえば、リヤアクスル）に連結される。燃料噴射ポ
ンプにその燃料噴射量（ラック位置）を制御する電子ガ
バナ装置１Ａ、クラッチ２にその断続を操作するクラッ
チブースタ２Ａ、トランスミッション３にこれをギヤシ
フトさせるギヤシフトユニット３Ａ、が設けられる。２
７はクラッチブースタ２Ａの制御バルブ、３１はエアタ
ンクであり、ギヤシフトユニット３Ａおよびクラッチブ
ースタ２Ａへの作動圧（圧縮空気）を供給する。

【００１１】トランスミッション３は、図２のように主
変速機のメインギヤ列Ｚｍ１−Ｚｃ１〜Ｚｍ３−Ｚｃ
３，ＺｍＲ−ＺｃＲ（前進３速後退１速）、その前側に
配置される副変速機のスプリットギヤ列Ｚｍ４−Ｚｃ
４，Ｚｍ５−Ｚｃ５（Ｌ，Ｈ）、同じく後側に配置され
る副変速機のレンジギヤ列Ｚｒ１−Ｚｃｒ１，Ｚｒ２−
Ｚｃｒ２（Ｈ，Ｌ）、を備えるものであり、メインギヤ
列Ｚｍ１−Ｚｃ１〜Ｚｍ３−Ｚｃ３の切り替えと、スプ
リットギヤ列Ｚｍ４−Ｚｃ４，Ｚｍ５−Ｚｃ５の切り替
えと、さらにレンジギヤ列Ｚｒ１−Ｚｃｒ１，Ｚｒ２−
Ｚｃｒ２の切り替えと、により前進１２段（１Ｌ〜６
Ｈ）に変速可能に構成される。

【００１２】車両の変速制御に必要な検出手段として、
エンジン回転速度を検出するエンジン回転センサ２９、
アクセルペダル７の踏み量（アクセル開度の要求量）を
検出するアクセル開度センサ２８、クラッチ２のストロ
ーク位置を検出するクラッチストロークセンサ２２、ト
ランスミッション３のシフト位置（スプリットギヤ列Ｚ
ｍ４−Ｚｃ４，Ｚｍ５−Ｚｃ５の選択位置，メインギヤ
列Ｚｍ１−Ｚｃ１〜Ｚｍ３−Ｚｃ３，ＺｍＲ−ＺｃＲの
選択位置，レンジギヤ列Ｚｒ１−Ｚｃｒ１，Ｚｒ２−Ｚ
ｃｒ２の選択位置）を検出するギヤポジションスイッチ
（ギヤシフトユニット３Ａに内蔵される）、トランスミ
ッション３の出力軸から回転速度を検出する車速センサ
２１、トランスミッション３のメインギヤＺｍ１からメ
インカウンタシャフトの回転速度を検出するメインカウ
ンタシャフト回転センサ２３、トランスミッション３の
レンジギヤＺｒ１からレンジカウンタシャフトの回転速
度を検出するレンジカウンタシャフト回転センサ１７、
が備えられる。

【００１３】クラッチ２の自動制御と運転者のマニュア
ル操作に基づく手動制御を切り替えるため、クラッチペ
ダルの初期位置（解放状態）と作動位置（踏込状態）を
検出するクラッチペダルスイッチ２４，２５が設けられ
る。トランスミッション３の変速指示手段として運転室
にシフトレバーユニット４が備えられ、シフトレバー４
Ａのシフト位置に応じた変速指示信号（ニュートラル指
示信号も含む）を出力する。また、車両の変速が運転者
の変速指示に応じて行われるマニュアル変速モードと、
運転状態に応じて自動的に行われるオート変速モード
と、を選択するためのスイッチ５（モード切換スイッ
チ）がシフトレバー４Ａのノブに設けられる。運転室に
は、トランスミッション３のシフト位置などを表示する
ディスプレイユニット１３と、ブレーキペダル（図示せ
ず）の踏込みを検出するブレーキペダルスイッチ２６
と、が備えられる。１３Ａは警報手段（たとえば、ブザ
ー）である。

【００１４】変速制御を司るのがトランスミッション
（Ｔ／Ｍ）コントロールユニット１１およびエンジンコ
ントロールユニット１２であり、これらの間はシリアル
通信（ＬＡＮ）で結ばれる。Ｔ／Ｍコントロールユニッ
ト１１において、モード切換スイッチ５がマニュアル変
速モードのときは、シフトレバーユニット４の変速指示
信号がトランスミッション３のギヤポジションスイッチ
に基づくシフト位置と一致しないときに変速指示信号に
対応する目標位置へのシフト要求（変速指令）を発生す
る。モードスイッチ５がオート変速モードのときは、ア
クセル開度センサ２８の検出信号および車速センサ２１
の検出信号から予め設定の変速マップに基づいて目標段
を求め、この目標段がトランスミッション３のギヤポジ
ションスイッチに基づくシフト位置と一致しないときに
目標段へのシフト要求（変速指令）を発生する。

【００１５】これらシフト要求の発生により変速制御が
起動され、Ｔ／Ｍコントロールユニット１１およびエン
ジンコントロールユニット１２において、そのときの目
標位置へのギヤシフトを円滑に遂行すべく、電子ガバナ
装置１Ａとクラッチブースタ２Ａとギヤシフトユニット
３Ａと、を制御する。図２において、スプリットギヤ列
Ｚｍ４−Ｚｃ４，Ｚｍ５−Ｚｃ５は、トランスミッショ
ン３が１段毎に変速する都度、ＬからＨまたはＨからＬ
に切り替わる一方、レンジギヤ列Ｚｒ１−Ｚｒｃ１,Ｚ
ｒ２−Ｚｃｒ２は、トランスミッション３が１Ｌ〜２Ｈ
から３Ｌ〜６Ｈまたはその逆方向へ変速するときにの
み、ＬからＨまたはＨからＬに切り替わるのである。

【００１６】レンジギヤ列Ｚｒ１−Ｚｒｃ１,Ｚｒ２−
Ｚｃｒ２の切り替えを伴わない変速制御については、変
速指令（シフト要求）が発生すると、エンジン１のアク
セル開度（燃料噴射ポンプのラック位置）を無負荷状態
へ絞ると共に、クラッチ２を切断する。そして、クラッ
チ２の切断が検出されると、メインギヤ列Ｚｍ１−Ｚｃ
１〜Ｚｍ３−Ｚｃ３をニュートラルへセット（ギヤ抜
き）すると同時にスプリットギヤ列Ｚｍ４−Ｚｃ４，Ｚ
ｍ５−Ｚｃ５の切り替えを行う一方、エンジン回転をレ
ンジカウンタシャフト回転とトランスミッション３の変
速完了後のギヤ比（レシオ）とから計算される目標回転
（主変速機のギヤ入れすべき変速段の同期回転）に制御
する。これに合わせてクラッチ２をダブルクラッチ動作
（クラッチ断→クラッチ接→クラッチ断）により、トラ
ンスミッション３のメインカウンタシャフト回転を目標
回転に制御しながら、変速指令に対応するメインギヤ列
Ｚｍ１−Ｚｃ１〜Ｚｍ３−Ｚｃ３へのギヤ入れを行う。
その後、このギヤ入れが完了したら、クラッチ２を接続
すると共にエンジン回転の制御をアクセル開度に応じた
通常の制御に切り替えるようになる。

【００１７】レンジギヤ列Ｚｒ１−Ｚｒｃ１,Ｚｒ２−
Ｚｃｒ２の切り替えを伴う変速制御については、図３の
ように変速指令が発生すると制御が開始される。ステッ
プ１においては、エンジン１のアクセル開度（燃料噴射
ポンプのラック位置）を無負荷状態へ絞ると共に、クラ
ッチ２を切断する。ステップ２においては、クラッチ２
の切断が検出されると、エンジン回転をレンジカウンタ
シャフト回転とトランスミッション３の変速完了後のギ
ヤ比（レシオ）とから計算される目標回転に制御する。
ステップ３においては、メインギヤ列Ｚｍ１−Ｚｃ１〜
Ｚｍ３−Ｚｃ３をニュートラルへセット（ギヤ抜き）す
ると同時にスプリットギヤ列Ｚｍ４−Ｚｃ４，Ｚｍ５−
Ｚｃ５の切り替えを行う。そして、ステップ４におい
て、トランスミッション３のギヤポジションスイッチ信
号から主変速機のニュートラルへのセットが判定される
と、ステップ５へ進み、クラッチ２を接続すると共にレ
ンジギヤ列Ｚｒ１−Ｚｒｃ１,Ｚｒ２−Ｚｃｒ２の切り
替えを行う。

【００１８】ステップ６においては、エンジン回転数が
目標回転に対し規定回転差以内かどうかを判定する。こ
の判定がｎｏのときは、ステップ７において、クラッチ
接続から規定時間が経過したら、ステップ８へ進む。ス
テップ６の判定がｙｅｓ（エンジン回転数が目標回転に
対し規定回転差以内）のときは、ステップ７をパスし、
ステップ８およびステップ９において、クラッチ２を切
断すると共に変速指令に対応するメインギヤ列Ｚｍ１−
Ｚｃ１〜Ｚｍ３−Ｚｃ３へのギヤ入れを行う。その後、
ステップ１０において、トランスミッション３のギヤポ
ジションスイッチ信号から主変速機の変速指令に対応す
る変速段へのギヤ入れ完了が判定されると、ステップ１
１へ進み、クラッチ２を接続すると共にエンジン回転の
制御をアクセル開度に応じた通常の制御に切り替えるの
である。なお、ステップ４，ステップ７，ステップ１
０，において、これらの判定がｎｏのときは、ワンステ
ップ前の処理にリターンする。

【００１９】図４は、レンジギヤ列Ｚｒ１−Ｚｃｒ１，
Ｚｒ２−Ｚｃｒ２の切り替えを伴う変速制御の内容を説
明する具体例（図２における、２Ｈから３Ｌへの変速制
御）のタイミングチャートである。図４において、GSU
（ギヤシフトユニット）の内部にメインギヤ列Ｚｍ１−
Ｚｃ１〜Ｚｍ３−Ｚｃ３のシフタを選択するセレクトア
クチュエータと、選択後のシフタを中立位置とその前後
のシフト位置との３位置に切り替えるシフトアクチュエ
ータと、レンジ（RANGE）ギヤ列Ｚｒ１−Ｚｃｒ１，Ｚ
ｒ２−Ｚｃｒ２のシフタを前後の２位置（ＨとＬ）に切
り替えるレンジアクチュエータと、スプリットギヤ列Ｚ
ｍ４−Ｚｃ４，Ｚｍ５−Ｚｃ５のシフタを前後の２位置
（ＬとＨ）に切り替えるスプリットアクチュエータと、
が配置される。

【００２０】MTRN,MTNは、シフトアクチュエータの制御
バルブ（シフトアクチュエータは、MTRNおよびMTNが作
動すると中立位置、MTRNのみ作動すると後方のシフト位
置、にストロークする）、PTFR,PTNE,PTRRは、シフトア
クチュエータのストローク位置を検出するスイッチ（ギ
ヤポジションスイッチの一部を構成するものであり、PT
FRは前方のシフト位置でのみオン、PTNEは中立位置での
みオン、PTRRは後方のシフト位置でのみオン、にな
る）、MVRHはレンジアクチュエータの制御バルブ（レン
ジアクチュエータは、MVRHのみが作動するとＨ側のシフ
ト位置、他方の制御バルブMVRLのみが作動するとＬ側の
シフト位置、にストロークする）、RLP,RHPは、レンジ
アクチュエータのストローク位置スイッチを検出するス
イッチ（RLPはＬ側のシフト位置でのみオン、RHPはＨ側
のシフト位置でのみオン、になる）、である。

【００２１】２Ｈから３Ｌへの変速指令が発生すると、
燃料噴射ポンプのラックが無負荷状態へ絞られる。同時
にクラッチM/V（制御バルブ）がオンされ、クラッチブ
ースタ２Ａの伸作動により、クラッチ２が切断される。
クラッチストロークが断位置に達する（クラッチストロ
ークセンサ２２によりクラッチ断が検出される）と、燃
料噴射ポンプのラックをエンジン制御の目標回転に相当
する位置を保つ制御が開始される。また、スプリットギ
ヤＺｍ４−Ｚｃ４（Ｌ）への切り替えと同期するよう、
MTRNのオンに加えてMTNがオンされ、シフトアクチュエ
ータの中立位置へのストロークにより、メインギヤ列Ｚ
ｍ２−Ｚｃ２のギヤ抜きが行われる。

【００２２】PTFRのオフ後、PINEスイッチのオンによ
り、メインギヤのニュートラルへのセット完了が検出
されると、クラッチM/Vがオフされ、クラッチブースタ
２Ａの縮作動により、クラッチ２がいったん接続され
る。その一方、クラッチM/Vのオフと同時にレンジ（R
ANGE）のMVRHがオンされ、レンジアクチュエータの伸作
動により、レンジギヤ列Ｚｒ１−Ｚｃｒ１（Ｈ）へ切り
替えられる。

【００２３】レンジ切り替え中において、クラッチスト
ロークが接位置に達すると、メインカウンタシャフト
は、エンジン回転（目標回転）を受けて変速指令（３
Ｈ）に対応するメイン１速ギヤＺｍ１の同期回転に制御
される。なお、図４のラックおよびエンジン回転は一定
に制御されるかのように見えるが、実際はレンジカウン
タシャフトの検出回転（車速に相当する回転速度）の変
化（つまり、目標回転の変化）に伴って変化する。

【００２４】その後、エンジン回転が目標回転に対し規
定回転差以内またはクラッチ接続から規定時間が経過し
たら、クラッチM/Vがオンされ、クラッチブースタ２
Ａの伸作動により、クラッチが再び切断され、クラッチ
ストロークが断位置に達すると、GSUのMTNがオフさ
れ、MTRNのみがオン状態となり、シフトアクチュエータ
のストロークにより、メイン１速ギヤＺｍ１へのギヤ入
れが行われるのである。そして、PTNEに代わるPTRRのオ
ンにより、３Ｌへのギヤシフトの完了が判定される
と、クラッチM/Vがオフされ、クラッチブースタ２Ａの
縮作動により、クラッチ２が接続され、クラッチストロ
ークが接位置に達すると、エンジン回転（ラック位置）
の制御は、アクセルペダルの踏量（アクセル開度）に応
じた通常の制御に戻される。

【００２５】このように、主変速機のニュートラル状態
において、エンジン回転の制御と副変速機の切り替え中
に行われるダブルクラッチ動作により、トランスミッシ
ョンへの入力回転が目標回転に制御されるので、主変速
機のギヤ入れが円滑かつ迅速に処理できるようになる。
すなわち、副変速機の切り替え時間を有効活用する形で
目標回転に制御されるエンジンに対してダブルクラッチ
動作を行うことにより、主変速機のギヤ入れすべき変速
段の同期回転が得られるようにしたので、副変速機の切
り替え、とくに大減速比型のレンジ切り替えの伴う変速
制御の所要時間（変速時間）を大幅に短縮できるほか、
主変速機のギヤ入れに伴うシンクロ時間およびシンクロ
負荷の極小化も図れる。図４において、変速時間は、従
来のＴ’からＴに大幅に短縮される。なお、主変速機の
出力側に配置される副変速機がレンジ切り替え可能な大
減速比型でない場合においても、図３の制御内容を採用
することにより、同様の効果（変速時間の短縮およびシ
ンクロ負荷の低減）を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態を表す全体構成図である。

【図２】同じくトランスミッションの構成および変速特
性の説明図である。

【図３】同じく制御内容を説明するフローチャートであ
る。

【図４】同じく制御内容を説明するタイミングチャート
である。

【符号の説明】

１Ａ 電子ガバナ装置 ２Ａ クラッチブースタ ３Ａ ギヤシフトユニット ４ シフトレバーユニット １１ トランスミッション（Ｔ／Ｍ）コントロールユニ
ット １２ エンジンコントロールユニット １７ レンジカウンタシャフト回転センサ ２１ 車速センサ ２２ クラッチストロークセンサ ２３ メインカウンタシャフト回転センサ ２８ アクセル開度センサ ２９ エンジン回転センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｈ 61/08 Ｆ１６Ｈ 61/08 // Ｆ１６Ｈ 59:04 59:04 59:42 59:42 59:44 59:44 59:56 59:56 59:70 59:70 (72)発明者 市川 雄一 埼玉県上尾市大字壱丁目１番地 日産ディ ーゼル工業株式会社内 (72)発明者 林 哲久 埼玉県上尾市大字壱丁目１番地 日産ディ ーゼル工業株式会社内 Ｆターム(参考） 3D041 AA53 AB01 AC07 AC15 AD02 AD18 AD31 AD41 AD51 AE03 AF01 3G093 AA05 BA03 CB08 DA01 DA06 DB01 DB05 DB10 DB11 DB15 EA03 EC05 3J552 MA04 MA13 MA17 MA21 NA01 NB01 PA20 QB00 QC10 RA02 RA27 SA26 SB01 SB33 SB37 SB39 TA01 UA03 UA09 VA01W VA32Z VA37Z VA62Z VA65Z VA68Z VA74W VA74Y VB01W VC01W VC06Z VD02W VD11Z VD17Z

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主変速機に副変速機を組み合わせる歯車式
   のトランスミッションと、トランスミッションとエンジ
   ンとの間に介装される機械的なクラッチと、を備える車
   両の自動変速装置において、副変速機の切り替えを伴う
   変速指令が発生するとクラッチを切断して主変速機をニ
   ュートラルにセットする手段と、そのクラッチ断後また
   はニュートラルへのセット後にエンジン回転を車速に相
   当する検出値と変速完了後の変速比とから計算される目
   標回転に制御する手段と、同じくニュートラルへのセッ
   ト後に副変速機の切り替えを行うと共にクラッチを副変
   速機の切り替え中にダブルクラッチ動作させる手段と、
   ダブルクラッチ動作がクラッチ断で終了するとその直後
   に主変速機の目標段へのギヤ入れを行う手段と、主変速
   機のギヤ入れが完了するとクラッチを接続すると共にエ
   ンジン回転の制御をアクセルに基づく通常制御に復帰さ
   せる手段と、を備えたことを特徴とする車両の自動変速
   装置。
2. 【請求項２】副変速機は、主変速機の出力側に配置され
   るレンジ切り替え可能な大減速比型に設定したことを特
   徴する請求項１の記載に係る車両の自動変速装置。