JP2005114107A - 自動車の変速方法，自動車の変速装置，自動車用変速機の制御装置，自動車の変速装置のアクチュエータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
噛み合いクラッチの締結力を小さく抑えることで、軽量化によるエネルギー消費率の低減やシステムの小型化を目的とする。
【解決手段】
変速時に前記噛み合いクラッチの歯車と前記変速機の変速歯車との間に相対的に微弱な周期的トルク変動を与えながら当該噛み合いクラッチを軸方向に移動させて両歯車を開放すると共に、
前記噛み合いクラッチの歯車と前記変速機の変速歯車とが開放された後、前記噛み合いクラッチの歯車と前記変速機の別の変速歯車との間に相対的に微弱な周期的回転変動を与えながら当該噛み合いクラッチを軸方向に移動させて、両歯車を締結することを特徴とする自動車の変速方法。
【選択図】図１１

Description

本発明は、自動車の変速方法，自動車の変速装置，自動車用変速機の制御装置，自動車の変速装置のアクチュエータ制御装置に関する。

原動機からの駆動トルクを複数の変速歯車で変速して車輪に伝達するものであって、噛み合いクラッチを用いて変速歯車を切換える自動車の変速装置は、原動機側に接続された（変速機の入力軸に配置された）歯車列と車輪側に接続された（変速機の出力軸に配置された）歯車列があり、各歯車列に接続された噛み合いクラッチの歯車（以下噛み合いクラッチと呼ぶ）を選択的に切換えて締結し変速機の歯車の歯数比を変えることにより車輪の速度を変化させている。

また、駆動力伝達のためのバイパス伝達路を設けて入力軸から出力軸への駆動力の伝達を中断せずに変速を行う方式もある（例えば特許文献１参照）。

国際公開パンフレットＷＯ０１／６６９７１号公報

従来技術による変速動作は、噛み合いクラッチによって変速機構の入力軸側と出力軸側の歯車を切換えて締結させるために、回転同期、つまり相対回転数を近づけて歯車を開放し、別の歯車に締結させる。この時、開放時間を短くするためには噛み合いクラッチの締結力が大きな状態で噛み合いクラッチを引き離さなければならない。

一方締結時には相対する歯車の山と谷を噛み合わせてトルク伝達を行うため、逆位相で締結することが望ましいが、その位相を正確に制御することは困難である。

そこで、位相が締結に適していない場合でも回転数が所定の値まで近づいたら、強力な締結力を印加して無理やり締結を行っている。

このため、歯車の開放や締結のために大きな駆動力が必要であり、装置の大型化やエネルギー消費の悪化の原因になっている。

また、締結時には駆動力が伝達され始めた過渡状態で位相を強制的に合わせるため、車体にショックが発生し乗員に不快感を与えてしまう。

バイパス伝達路によって変速時に駆動力が伝達される後者の変速方法の場合は、変速時に本来の駆動力伝達路は開放されて未使用となる。このため、歯車締結時の同期装置に掛かる負担はある程度軽減される。しかし、噛み合いクラッチの位相を合わせるために回転数を徐々に変化させていく必要があり、そのために回転変化を小さく設定しなければならないため、変速時間が長くなってしまう。

このように位相合わせに時間を要するので必ず１回の位相合わせで締結できるようにすると、前者のものと同様、締結装置の締結力を大きくせざるを得ない。よって、装置の小型化やエネルギー消費の低減を実現できない。

本発明は上記問題を解決し、変速時の噛み合いクラッチの開放あるいは締結力が小さくて済む自動車の変速方法、装置あるいは自動車用変速機の制御装置を提供することを目的とする。

上記本発明の目的は、噛み合いクラッチを用いた自動変速機において、噛み合いクラッチの各歯車を開放もしくは締結する際に噛み合いクラッチの歯車締結装置の入力側と出力側の相対トルクあるいは相対回転数を振動させながら噛み合いクラッチの変速歯車を軸方向に移動して、噛み合いクラッチを開放あるいは締結することで達成される。

具体的には、車両駆動用原動機に接続された入力軸，車輪に接続された出力軸，入力軸に配置された変速用歯車列を持ち、噛み合いクラッチの組合せにより回転速度を変化させる自動車用変速機において、噛み合いクラッチを締結する時に入力軸の軸トルクまたは軸回転数を振動させることで、噛み合いクラッチの入力側と出力側の相対トルクまたは相対回転数を正負に変化させて、噛み合いクラッチの位相を制御するように構成した。

本発明によれば、噛み合いクラッチの締結が容易になり、小さな締結力で噛み合いクラッチの締結を行うことが可能なため、装置の小型化やエネルギー消費の低減が可能になる。

以下、本発明にかかる一実施例を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明が適用される自動車用変速装置の全体システム構成を示す。

このシステムは、複数の噛み合いクラッチ（所謂、噛み合いクラッチ）７〜９を用いて変速機１００の複数の変速歯車組（Ａ１：１速，Ａ２：２速，Ａ３：３速，Ａ４：４速，Ａ５：５速，Ｒ：バック）を選択的に切換えてエンジン（原動機）１からの駆動トルクを変速して車輪６に伝えるものである。

発進クラッチ３は摩擦クラッチで構成されており、車両の発進時の変速歯車接続時あるいは変速機の変速過渡状態で開放されてエンジン１と変速機の入力軸４との間のトルク伝達経路をいずれかの歯車組の締結が完了するまで開放する。

アシストトルク供給装置あるいは変速用動力装置としてのモータ２は発進クラッチ３が開放されている間、必要なトルクを歯車組Ａ０を介して入力軸４に付与する。

図１はニュートラル状態を示す。

ニュートラル状態では噛み合いクラッチ７〜９の入力軸側要素としての入力側噛み合いリング７２１，８２１，９２１、は出力軸側要素としての出力軸側噛み合いリング７２０（７２２），８２０（８２２），９２０（９２２）のいずれにも噛み合っていない。この状態では入力軸４は発進クラッチを介してエンジンに締結されており、空転状態であり、その結果入力側噛み合いリング７２１，８２１，９２１も空転状態である。

各変速歯車組の入力軸側歯車は入力軸４に対して回転フリーに支承されており、出力側歯車は出力軸５に固定されている。このため、ニュートラル状態ではどの歯車組も回転していない。

車両が発進する際には、発進クラッチ３がトルク伝達経路を切り離し、入力軸４の回転がゼロになる。この状態で、噛み合いクラッチ操作（締結，開放）用アクチュエータとしての１−２速変速用締結力発生装置１０（以後アクチュエータ１０と称す）は噛み合いクラッチ７の入力側要素としての１−２速変速用歯車締結装置７２１（以後入力側噛み合いリングング７２１と称す）を噛み合いクラッチ７の出力側要素としての出力軸側噛み合いリング７２０に向かって軸方向に移動させる。

入力側噛み合いリングング７２１も出力軸側噛み合いリング７２０も回転数がゼロであるから両噛み合いリングの回転方向に歯の位相が一致しておれば少ない締結力で締結できる。本実施例ではこのときモータ２に強弱電流が通電され、ほんのわずかではあるが入力側噛み合いリングング７２１を回転方向に振動させる。すると、入力側噛み合いリングング７２１が出力軸側噛み合いリング７２０に接触して噛み合い力が発生し始めた状態で、入力側噛み合いリングング７２１が微振動するので、両者の間の摩擦抵抗が低下し、スムースに締結できる。

締結が終了すると、発進クラッチ３がゆっくりと滑りながら接続され、エンジンの回転トルク（駆動トルク）が入力軸４に伝わり、１速歯車組Ａ１を介して出力軸５に伝達される。隠して、車輪６が回転して車両が発進する。

アクセルを踏んでエンジン回転数を上昇させると、１−２速のギアチェンジが始まる。
まず発進クラッチ３が開放され、エンジンと入力軸４とが切り離される。入力軸の回転が低下しようとするが、直ぐにモータ２が駆動され、入力軸４の駆動トルクをエンジンに代わってアシストするため、回転が維持される。

次にアクチュエータ１０によって入力側噛み合いリングング７２１が図面右方に操作される。このとき、出力軸側噛み合いリング７２０と入力側噛み合いリングング７２１との回転数差が大きいと両者間に噛み合いトルクが作用し、アクチュエータ１０の操作力が弱いと右方に移動できない。

本実施例では、このとき、モータ２の通電電流を制御して、図３に示すように入力軸４に作用している車両駆動用原動機出力トルク２３に対して、大きくなったり小さくなったりするトルクを付加している（つまり、回転トルクに微弱な周期的トルク変動を与えながら入力側噛み合いリングング７２１を出力軸側噛み合いリング７２０との締結状態から開放する）。こうすることによって、車輪の回転力によって変化する出力軸側噛み合いリング７２０に作用する駆動トルクと入力側噛み合いリングング７２１に作用するモータ２からのトルクが均衡する状態（トルクのクロスポイント）が発生する。このトルクのクロスポイントでは出力軸側噛み合いリング７２０と入力側噛み合いリングング７２１との間には噛み合いトルクが発生していないので、入力側噛み合いリングング７２１はアクチュエータ１０の力が小さくても簡単に図面右方へ移動できる。入力側噛み合いリングング721はこの状態が何回か続けば簡単に出力軸側噛み合いリング７２０との締結状態から開放される。なお、図３の符号２５は締結または開放トルクを示す。

かくして、１速状態から開放された入力側噛み合いリングング７２１はアクチュエータ１０の操作によって更に図面右方に移動して、２速の変速歯車組Ａ２の出力軸側噛み合いリング７２２に噛み込もうとする。このときモータ２は入力軸４の回転を制御して、２速の変速歯車組Ａ２の出力軸側噛み合いリング７２２の回転数との回転数合わせ(回転同期)を行う。回転数が近くなったところで、アクチュエータ１０は更に右方に入力側噛み合いリングング７２１を操作する。本実施例では、入力側噛み合いリングング７２１が出力軸側噛み合いリング７２２に接触するところまでくると、モータ２は入力軸４の回転に微弱な周期的回転変動を与えながら入力側噛み合いリングング７２１を出力軸側噛み合いリング７２２に締結する。

このように制御される本実施例では入力側噛み合いリングング７２１が出力軸側噛み合いリング７２２に接触しても大きな摩擦抵抗が発生しないので、小さな力で、締結することができる。

以下３速から４速への切換えは、噛み合いクラッチ８と３速変速歯車組Ａ３及び４速変速歯車組Ａ４を用いて上記同様に制御される。

５速とバックとの切換えは、噛み合いクラッチ９と５速変速歯車組Ａ５及びバック速変速歯車組Ｒを用いて上記同様に制御される。

２速から３速への切換えは、噛み合いクラッチ７，８と２速変速歯車組Ａ２及び３速変速歯車組Ａ３を用いて上記同様に制御される。

４速から５速への切換えは、噛み合いクラッチ８，９と４速変速歯車組Ａ４及び５速変速歯車組Ａ５を用いて上記同様に制御される。

モータ２，アクチュエータ１０乃至１２は自動車の変速装置のアクチュエータ制御装置によって制御される。入力軸回転センサー１４，出力軸回転センサー１５からの信号に基づいて入力軸回転算出装置１６，出力軸回転算出装置１７で入力，出力回転を算出し、制御装置１３へ送る。制御装置１３は、入力軸回転算出装置１６，出力軸回転算出装置１７からの入力，出力回転数信号及び振動発生装置１８からの信号によってモータ２，アクチュエータ１０〜１２への制御出力を演算する。アクチュエータ１０〜１２は油圧バルブ駆動用の電磁弁である。

制御ユニット２００はマイクロコンピュータによって構成することができる。

以下実施例を更に詳細に説明する。

エンジン１の回転は、入力軸４を介して入力軸回転センサー１４によって検出され、入力軸回転算出装置１６に入力される。車輪の回転は出力軸５を介して出力軸回転センサー１５によって検出され、出力軸回転算出装置１７に入力される。変速用駆動力制御装置
１３は、振動発生装置１８と入力軸回転算出装置１６と出力軸回転算出装置１７の出力値によりモータ２を制御する。エンジン１とモータ２の合成トルクは入力軸４を介して各歯車に伝えられる。各歯車に設けられた噛み合いクラッチ式の歯車締結装置である１−２変速用噛み合いクラッチ７と３−４変速用噛み合いクラッチ８と５−Ｒ変速用噛み合いクラッチ９は、１−２変速用締結力発生装置１０と３−４変速用締結力発生装置１１と５−Ｒ変速用締結力発生装置１２により駆動される。出力軸５は各変速用噛み合いクラッチを介して駆動力が伝えられて車輪を駆動する。クラッチ３は、エンジン１の出力を切断可能な装置である。

ここで、例えば１速締結時は１−２変速用噛み合いクラッチ７が１速側に締結されておりモータの出力トルク＝０であった場合は、エンジン１の駆動力が入力軸４，１速歯車，出力軸５を介して車輪６に伝えられ、回転を始める。

次に２速で走行する場合は、１−２変速用噛み合いクラッチ７を１速側から２速側に切換えることで２速相当の回転数で車輪が回転する。

１速から２速に１−２変速用噛み合いクラッチ７を切換える場合、１速歯車を開放して２速歯車を締結する操作が必要となるが、歯車の歯数が相違しているため１速の回転比から２速の回転比に回転数を調整して締結しなければならない。また１速の状態では駆動トルクが１速歯車に掛かっているため、噛み合いクラッチの性質上歯車を開放することはできない。まず、１速歯車を開放するためにクラッチ３の開放により車両駆動力を０として１−２変速用噛み合いクラッチ７に１−２変速用締結力発生装置１０から１速歯車開放力を印加することが通常行われる。しかし、クラッチ３の開放により車両駆動力を０としても慣性モーメントにより１速歯車には微小な駆動トルクが残存しており、小さな開放力で瞬間的に１速歯車を開放することは難しい。また、入力軸４の慣性モーメントが大きい場合も同様に大きな開放力が必要である。

従来技術では、１−２変速用締結力発生装置１０で発生する締結もしくは開放力が強力であるため特に問題はなかった。しかし、締結力の低減を目的とする本発明の課題を達成するためには、このままでは１速歯車を開放できない場合がある。

ここで、モータ２の駆動トルクをエンジン１に対して反対の方向に作用するように入力軸に付与することにより瞬間的に１速歯車に掛かる駆動トルクをゼロにして１速歯車を開放可能である。しかし、車両の負荷トルクは車両の状態により随時変化しているため上記のように駆動力（駆動トルク）を制御しても出力軸側から１速歯車に作用する負荷トルクが定まらない以上、歯車に掛かる伝達トルク（つまり、駆動力＋駆動力とは反対方向のトルク−負荷トルク）をゼロに制御することは困難である。さらに、原動機の種類によっては、駆動力を正確に制御することが不可能である場合も多い。

図２に示すように噛み合いクラッチの噛み合い部分１９は、先端以外には歯の形状に傾斜がほとんど無く、噛み込んだ後の歯車同士の摩擦力はかなり大きい。よって、歯車に少しの駆動力が掛かっていても噛み合い歯の摩擦により、両歯車の噛み合いを外して開放することができない場合がある。

以上の説明から解るように１速歯車の入力軸側と出力軸側の相対トルクは下式で表すことができる。

相対トルク＝車両駆動用原動機の出力トルク−モータの出力トルク
ここで、噛み合いクラッチの噛み合い部分１９に図３に示すトルク振動を印加することで、歯車に掛かる相対トルクが０となるクロスポイント２２が多数発生する。このクロスポイントでは、噛み合い部分１９の接触面に全く力が印加されていない状態であるため図２に示す開放側に微小距離であるが移動することができる。よって、クロスポイントを多数発生させると、小さな開放力で短時間の内に歯車を開放位置まで移動することができる。

このトルク振動は、噛み合い部分１９の歯面に作用する印加トルクを制御するため、大きな振幅を印加すると振動トルクを車輪側に伝達してしまい、乗員に不快感を与えることが予想される。しかし、原動機から車輪までの間の機械的な結合余裕がある程度トルク変動を吸収するため、振動トルクの振動周波数を上げて、トルクの伝達時間を短くすれば多少大きな振動トルクを付与してもこの振動トルクが車輪側に伝達されること、また乗員に不快感を与えることはない。よって、振幅と周波数は機械的な結合余裕の範囲内となるように設定しなければならない。トルクは、回転体の加速度であるため、２段の積分を施すことにより回転距離が求められる。この回転距離が機械的な余裕の範囲内になるように積分時間を設定すれば積分時間の逆数が振動周波数となる。このため振動トルクとして図４のような方形波を印加すれば、下式のように計算される。

ｘ＝１／２・α／２・ｔ²
ｘ：回転距離（機械的余裕幅）
α：加速度（振幅４２）
ｔ：半周期（１／２・周期４１＝１／（２・周波数））
機械的な余裕幅は一定であるため、振幅と周波数の関係式は下式となる。

α＝１６・ｘ・ｆ²
ｆ：周波数
よって、振幅と周波数の関係は図５のようになる。１／２・α／２・ｔ² がｘよりも小さくなるようにαとｔを設定すれば、乗員に不快感を与えることなく噛み合いクラッチに振動を印加することができる。

前述したトルクの振動制御は、締結時に噛み合い度合いが浅かった場合、さらに奥まで深く噛み合わせたい場合にも有効である。

本発明のように、トルクを振動させるには高い応答性を持つ動力装置が必要であるが、回転電機を使用すれば電流値を振動させることにより容易に達成できる。この場合、電流を観測することによって、本発明の制御が適切に行われていることを確認することが可能である。

１速から２速に変速させるには、次に２速歯車を締結させなければならない。１速歯車を開放した瞬間から、原動機側と車輪側は結合されていないため回転速度を変化させることができる。通常は、１速相当の回転数で回転していた原動機側の回転数を、２速相当の回転数に調整して噛み合いクラッチを締結させる。しかし、２速相当の回転数に近づけるだけでは、位相が合わない場合に締結することができない。本発明では、噛み合いクラッチの入力軸側と出力軸側の相対回転数を振動させることにより、この問題を解決できる。

まず、相対回転数に振動を加えるために、回転目標を変化させることが必要である。図１より、入力軸側と出力軸側の回転数は入力軸回転算出装置１６，出力軸回転算出装置
１７により検出可能である。この相対回転数は入力軸回転数−出力軸回転数で算出できる。この相対回転数を０±αで下式のように目標を設定する。

回転数目標＝（入力軸回転数−出力軸回転数）±α＋出力軸回転数
図２に示すように、噛み合いクラッチは歯車の山と谷が結合するため、回転位相は逆位相状態で締結させる必要がある。回転数の目標を前式のように設定すると、相対回転数が変化するため、相対回転数の積分である相対回転位置（＝位相）を変化できる。この時の位相波形を図６に示す。この図に示すように、トルク振動と同様にクロスポイントが重要なタイミングとなる。ここでは逆位相のクロスポイントを多く発生させることで締結を容易にできる。位相の変化は、噛み合いクラッチの山と山が対応する位相から、山と谷が対応する位相を経由して次の山と山が対応する位相まで変化すれば逆位相のクロスポイントを発生できる。よって、これ以上の相対回転数は必要としない。このことは、噛み合いクラッチの歯のピッチ幅により回転振動周期７１と回転振動振幅７２を設定すればよいことになる。

この場合、噛み合いクラッチのピッチ幅を往復するように回転振動周期７１と回転振動振幅７２を決定する。

回転目標を図６のように方形波として、仮に相対回転数が目標の変化に瞬時に反応するとすれば、回転数の積分値が回転位置であるから下式のような計算で求められる。
ｐ＝ｒｅｖ・ｔ
ｐ：位相
ｒｅｖ：相対回転数
ｔ：周期
しかし、回転数は目標の変化に対して印加されたトルクにより発生する加速度によって変化する。よって、相対回転数はトルクを一定にした場合、
ｒｅｖ＝α・ｔ
α：回転振動加速度（加速トルク）
となるので、この積分である下式を用いて入力軸側噛み合いリング２０のトルクを制御することにより回転振動の振幅と周期が求まる。

ｐ＝１／２α・ｔ²
本発明では、位相を必ず逆位相（山と谷が対応する位相）に持って行くことが大切である。振動開始時の位相が逆位相に近い状態から同位相の方向に制御した場合、計測・制御偏差や機差により、次の逆位相まで到達せずに同位相を中心に振動する場合が考えられる。

よって、前式で設定するαとｔは、
ｐｐ＜１／２α・ｔ²
ｐｐ：クラッチのピッチ幅相当の位相
となることが望ましい。しかし、前述しているとおり基本的にはピッチ幅相当以上の位相は必要ない。よってｐｐの１〜１.５ 倍を１／２α・ｔ² とすれば問題のない範囲で設定できる。

また、トルク振動制御と同様に回転振動用印加トルクと振動周波数の関係は図５に示す曲線に比例することとなる。いずれの場合も振動制御用トルクを大きくすれば応答性が上がり、周波数を小さくすれば応答性は低いが、より小さな振動制御用トルクでも制御可能であることが解る。

このようにして１速から２速への変速を行えば、締結力の小さな機器で確実な変速が可能である。

また、締結時には回転振動を与えて位相を変化させるが、締結した瞬間から入力軸４と出力軸５の相対回転数は０付近となり回転振動を続けられない。このまま回転振動を続けると、前述の歯車開放時のトルク振動制御で説明したように、回転数を変化させるためのトルクによりトルクのクロスポイントを発生できないため、噛み合い歯が奥に入って行かず締結できない場合がある。回転目標を時間により強制的に変化させるような振動方式を使用した場合ではクロスポイントを発生できるが、回転振動用トルクが出力軸５を介して車輪に伝わってしまうため、乗員に違和感を与える場合があり推奨できない。

この問題を解決するため、締結した瞬間からトルク振動制御を行うようにすれば十分な締結位置まで歯面を移動可能である。

このように、トルク振動と回転振動を組み合わせて使用する場合、切換えタイミングが問題となってくる。しかしこれは、噛み合いクラッチの移動距離をポジションセンサでフィードバックすることにより容易に切換えタイミングを判断できる。図７にこの時の実施構成図を示す。１−２変速用締結位置検出装置８１は、１−２変速用締結力発生装置１０に接続され１−２変速用噛み合いクラッチ７の締結位置を検出できる。１−２変速用締結位置検出装置８１で検出した締結位置は変速用駆動力制御装置１３に入力される。変速用駆動力制御装置１３は締結位置を基に前述のトルク振動制御と回転振動制御を切換えて、変速用駆動力を発生させる。歯車の締結時、最初は回転振動を与えておき、締結位置が噛み合い状態となった時にトルク振動制御を行う。

図８に切換えを行った場合のトルクと回転数と締結位置の波形を示す。回転振動制御領域９１とトルク振動制御領域９２の切換えを制御切換えタイミング９４で切換えることにより締結完了位置９３まで締結位置を移動することができる。

ここで、制御切換えタイミング９４は噛み合いクラッチ機構が図２に示す非締結距離
９５まで移動しているタイミングである。

図１１に本発明のブロック図を示す。本機能は、変速用駆動力制御装置１３の中に装備しても、別装置として設定しても問題ない。このような構成とすることにより、前記のように回転振動制御とトルク振動制御の切換えを行うことが可能である。

また、締結位置検出装置を取り付けられない場合、制御切換えタイミングを相対回転数が非常に小さい値とすることでも達成できる。図９にこの時の制御波形を示す。まず、回転振動を与える場合に位相が同位相→逆位相→同位相となるように制御するが、位相に変化速度があれば小さな制御トルクで達成できる。歯車が締結した場合は前述のように、回転数は同一であり相対回転数は０付近となる。そこで、相対回転数が０付近であれば、トルク振動制御に変更してしまっても位相は徐々に変化する。仮に締結できなかった場合は、回転制御されていないため相対回転数が徐々に大きくなっていく。このため再度回転振動制御に戻るように切換えることで相対回転数は再び０に近づくことになる。これを繰り返すことでクロスポイントを発生させることができる。よって、締結位置が不明確なため、締結位置検出装置を使用した方式よりも締結時間が長くなる場合があるが、締結位置検出装置が無くとも、切換え制御が可能である。本機能は、変速用駆動力制御装置１３の中に装備しても、別装置として設定しても問題ない。このような構成とすることにより、前記のように回転振動制御とトルク振動制御の切換えを行うことが可能である。

本発明のモータ２は入力軸４の駆動トルクをエンジン１で代用することも可能である。
この場合、エンジン１には高応答性が必要であるが、モータ２は不要となる。

前述した実施例は、車両駆動用原動機とモータに接続された１つの入力軸と車輪に接続された１つの出力軸を持つ変速機で構成されている。しかし、図１０に示すような車両駆動用原動機とモータに各々入力軸を持つ変速機にも適用できる。

以下に図１０に示す変速機での実施例を説明する。エンジン１は入力軸４に接続されるとともに、モータ２に差動装置１１１を介して接続される。入力軸は噛み合いクラッチを介して出力軸に接続される。出力軸は車輪に接続されて駆動力を伝達する。差動装置111の残りの軸はアシスト駆動装置１１２を介して出力軸５に接続される。アシスト駆動装置は、内部に噛み合いクラッチを持っており、原理的に入力軸と出力軸を接続している変速機構を２つ配置していることと同じである。

１速から２速に変速する場合、アシスト駆動装置の歯車を回転振動制御で締結し、モータにより駆動力をアシスト駆動装置から車輪に伝達する。アシスト駆動装置にて車輪を駆動しているため、入力軸と出力軸間の相対トルクは低くなり１速歯車を開放できる状態に達する。この時、トルク振動制御を行い１速歯車を開放する。次に２速歯車を回転振動制御で締結し、モータを制御してアシスト駆動装置で伝達している駆動力を入力軸に戻す。
アシスト側の歯車の相対トルクは低くなっているため、トルク振動制御にてアシスト駆動装置の歯車を開放する。よって１回の変速で前述した変速装置の２倍の締結および開放動作が必要である。

このような装置では、変速中の締結および開放回数が多く、噛み合いクラッチを多数必要とするため、歯車の締結および開放に必要なエネルギーを抑制することは前述した実施例で示す変速機よりも非常に必要性が高い。また、各締結装置の小型化，軽量化にも効果を発揮する。

本発明の振動制御を行う場合、回転電機を使用すると容易に実現可能であることは前述した。しかし、多板クラッチのような圧力で伝達トルクを発生させる装置であっても圧力媒体の応答性が高ければ、印加圧力を振動させることで達成可能である。

図１２に多板クラッチを用いた実施例を示す。この例では圧力発生装置１２０が多板クラッチ１２１に圧力を掛けると、クラッチが締結して入力軸回転を停止させる方向にトルクを発生する。このトルクを振動させるために圧力を振動させることで、目的は達成できる。回転を停止させる方向にのみ力を発生するだけでは、相対トルクのクロスポイントを発生できないようにも見れるが、エンジン１が入力軸４にトルクを伝達すると歯車を介して車輪が回転し、車輪は自動車の車体を移動させるため、ある程度の回転数になると慣性により回転を続けようとするトルクが出力軸５に発生していることにより、入力軸４のトルクを低下させる側、すなわち回転を停止させるトルクを増加，減少させるよう振動させることで相対トルクのクロスポイントを発生させることができる。

以上の本実施例の考え方を整理すると以下の通りである。

モータの目標回転速度Ｎmdsrは、下式で表される。

Ｎmdsr＝Ｎｅ−Ｎｏ＊Ｇ１.５
ただし、Ｎｅ：第一入力軸回転速度，Ｎｏ：出力軸回転速度，Ｇ１.５：１.５速ギア比
噛み合いクラッチの歯の先端は両チャンファとなっている。ギア締結を繰り返し行うと、十数回に一回の割合で図６に示すようにギアドッグとスリーブの先端が接触した位置から奥へ噛み込まず、締結できない場合があった。

アクチュエータによってスリーブに印加されるクラッチ締結推力ＦｓはＦｃｓとＦｘｓに分解される。モータより差動機を介して与えられる接線力ＦａはＦｃａとＦｘａに分解される。ＦｘｓとＦｘｓはベクトルの向きが反対であり、この差により締結の容易さが変わる。Ｆｓを大きくするにはアクチュエータ出力を上げる必要があるが、Ｆａを小さくすれば出力を上げずに容易に締結できる。このギアに掛かるトルクすなわちモータトルク
Ｔｍ，ギアの半径ｒｇからＦａは下式で表される。

Ｆａ＝Ｔｍ＊ｒｇ
したがって、Ｔｍを小さくすればＦｘｓ−Ｆｘａは大きくなり締結し易くなる。一方、反対側のチャンファで接触した場合は、逆にＴｍを大きくすればよい。しかし接触位置を検出することは困難であり、トルク印加の方向性を確定できない。

このため本実施例では回転トルクに振動を加えることとした。この振動は、出力軸に影響を及ぼすが、人体が感じない限度加速度ｄＡｃｃ／ｄｔにより定義でき、許容振動トルクＴｄｂとして下式で表される。

Ｔｄｂ＝ｄＡｃｃ／ｄｔ＊９.８＊Ｗ＊ｒ／Ｇｆ／Ｇａ
ただし、Ｗ：車両質量，ｒ：車輪半径，Ｇｆ：ファイナルギア比，
Ｇａ：第二入力軸ギア比
限度加速度ｄＡｃｃ／ｄｔを０.０５Ｇ とすると、本実施例では許容トルクＴｄｂを
１０Ｎｍ以下とすればよい。

この振動トルクを印加した時の回転振幅を、ギアのピッチ角以内に抑えれば、回転位置の変化による隣の歯への接触を解消することができ、出力軸への振動の影響がさらに小さくなる。振動トルクを７.５Ｎｍとすると図１３に示すように０.１ｓでギアの相対回転角度は０.１rad変化する。本実施例ではギアのピッチ角が０.２radであるため、変化振幅はピッチ角以内である。このようにトルク振動制御を組み込むことで、確実にギアを締結できる。

以上の実施例の態様の特徴を纏めると以下の通りである。

≪実施態様１≫
車両駆動用原動機、
該原動機に接続された入力軸側変速歯車列、
該入力軸側変速歯車列に結合し、車輪に接続された出力軸に固定された出力軸側変速歯車列、
該入力軸側歯車列または該出力軸側歯車列を各軸に締結もしくは開放できる噛み合いクラッチ、
該噛み合いクラッチを締結，開放するアクチュエータ、
該入力軸の回転数を観測する入力軸回転センサ、
該出力軸の回転数を観測する出力軸回転センサ、
前記入力軸に接続され入力軸の駆動力を制御可能な変速用動力装置、
を設けた自動車用変速機において、各噛み合いクラッチの入力側と出力側の相対回転数が正負反転するように変速用動力装置の回転数を振動制御することを特徴とする自動車用変速機の制御装置。

≪実施態様２≫
車両駆動用原動機、
該原動機に接続された入力軸側変速歯車列、
該入力軸側変速歯車列に結合し、車輪に接続された出力軸に固定された出力軸側変速歯車列、
該入力軸側歯車列または該出力軸側歯車列を各軸に締結もしくは開放できる噛み合いクラッチ、
該噛み合いクラッチを締結，開放するアクチュエータ、
該入力軸の回転数を観測する入力軸回転センサ、
該出力軸の回転数を観測する出力軸回転センサ、
前記入力軸に接続され入力軸の駆動力を制御可能な変速用動力装置、
を設けた自動車用変速機において、
各噛み合いクラッチの入力側と出力側の相対トルク及び各噛み合いクラッチの入力側と出力側の相対回転数が正負反転するように前記変速用動力装置のトルク及び、回転数を振動制御することを特徴とする自動車用変速機の制御装置。

≪実施態様３≫
実施態様１または２の何れかに記載のものにおいて、トルク振動の振幅と周波数若しくは回転振動の振幅と周波数の少なくとも何れか一方を原動機から車輪までの機械的な余裕幅より求められる回転距離以下で振動するように設定することを特徴とする自動車用変速機の制御装置。

≪実施態様４≫
実施態様１または２の何れかに記載のものにおいて、トルク振動の振幅と周波数若しくは回転振動の振幅と周波数の少なくとも何れか一方を噛み合いクラッチのピッチ幅から求められる位相の１５０％以内で振動するように設定することを特徴とする自動車用変速機の制御装置。

≪実施態様５≫
実施態様１または２の何れかに記載のものにおいて、噛み合いクラッチの過渡状態を観測する締結ポジションセンサを設け、トルクまたは回転数の振動制御の開始，終了，切換えタイミングを締結ポジションセンサの値に応じて設定することを特徴とする自動車用変速機の制御装置。

≪実施態様６≫
実施態様１または２の何れかに記載のものにおいて、トルクまたは回転数の振動制御の開始，終了，切換えタイミングを相対回転数の値に応じて設定することを特徴とする自動車用変速機の制御装置。

≪実施態様７≫
実施態様１または２の何れかに記載のものにおいて、振動制御を行うための変速用動力発生装置に回転電機を用い、電流を振動制御させることを特徴とする自動車用変速機の制御装置。

≪実施態様８≫
実施態様１または２の何れかに記載のものにおいて、振動制御を行うための変速用動力発生装置に多板クラッチを用い、当該多板クラッチの押し付け圧力を振動制御させることを特徴とする自動車用変速機の制御装置。

≪実施態様９≫
車両駆動用原動機、
該原動機に接続された入力軸側変速歯車列、
該入力軸側変速歯車列に結合し、車輪に接続された出力軸に固定された出力軸側変速歯車列、
該入力軸側歯車列または該出力軸側歯車列を各軸に締結もしくは開放できる噛み合いクラッチ、
該噛み合いクラッチを締結，開放するアクチュエータ、
該入力軸の回転数を観測する入力軸回転センサ、
該出力軸の回転数を観測する出力軸回転センサ、
該入力軸に１つの回転軸を接続された差動機、
該差動機の他の１つの回転軸に接続された変速用動力装置、
該差動機の他の１つの回転軸に接続されたアシスト入力軸の変速歯車列、
該アシスト入力軸側変速歯車列に結合し、車輪に接続された出力軸に固定された出力軸側変速歯車列、
該アシスト入力軸側歯車列または該出力軸側歯車列を各軸に締結もしくは開放できる噛み合いクラッチ、
を設けた自動車用変速機において、
各噛み合いクラッチの入力側と出力側の相対トルク及び各噛み合いクラッチの入力側と出力側の相対回転数が正負反転するように前記変速用動力装置のトルク及び、回転数を振動制御することを特徴とする自動車用変速機の制御装置。

≪実施態様１０≫
実施態様９に記載のものにおいて、トルク振動の振幅と周波数若しくは回転振動の振幅と周波数の少なくとも何れか一方を原動機から車輪までの機械的な余裕幅より求められる回転距離以下で振動するように設定することを特徴とする自動車用変速機の制御装置。

≪実施態様１１≫
実施態様９に記載のものにおいて、トルク振動の振幅と周波数若しくは回転振動の振幅と周波数の少なくとも何れか一方を噛み合いクラッチのピッチ幅から求められる位相の
１５０％以内で振動するように設定することを特徴とする自動車用変速機の制御装置。

≪実施態様１２≫
実施態様９に記載のものにおいて、噛み合いクラッチの過渡状態を観測する締結ポジションセンサを設け、トルクまたは回転数の振動制御の開始，終了，切換えタイミングを締結ポジションセンサの値に応じて設定することを特徴とする自動車用変速機の制御装置。

≪実施態様１３≫
実施態様９に記載のものにおいて、トルクまたは回転数の振動制御の開始，終了，切換えタイミングを相対回転数の値に応じて設定することを特徴とする自動車用変速機の制御装置。

≪実施態様１４≫
実施態様９に記載のものにおいて、振動制御を行うための変速用動力発生装置に回転電機を用い、電流を振動制御させることを特徴とする自動車用変速機の制御装置。

≪実施態様１５≫
実施態様９に記載のものにおいて、振動制御を行うための変速用動力発生装置に多板クラッチを用い、当該多板クラッチの押し付け圧力を振動制御させることを特徴とする自動車用変速機の制御装置。

≪実施態様１６≫
噛み合いクラッチを操作して歯数の異なる複数の変速歯車組を選択的に切換えて、原動機からの駆動トルクを変速して車輪に伝達する自動車の変速装置のアクチュエータ用の制御装置であって、
前記噛み合いクラッチ操作用のアクチュエータ及び前記変速機の変速中に変速機の入力軸と出力軸との間の駆動トルクを補助する駆動トルク補助装置に制御信号を出力する自動車の変速装置のアクチュエータ制御装置において、
前記噛み合いクラッチ操作用のアクチュエータに制御信号を出力しているタイミングに同期して、前記駆動トルク補助装置に周期的に変動する制御信号を与える
ことを特徴とする自動車の変速装置のアクチュエータ制御装置。

本発明の実施例の全体構成図。 噛み合いクラッチ概要図（トルク振動時）。 噛み合いクラッチのトルク波形。 制御トルクの周期と振幅。 トルク−周波数曲線。 噛み合いクラッチの回転数と位相波形。 締結位置検出装置の設置構成図。 制御切換え時の波形。 回転数による制御切換え時の波形。 多軸変速機での実施例。 切換え装置付きブロック図。 多板クラッチを用いた場合の実施例。 速度と歯車の位相の関係を示す図。

符号の説明

１…駆動用原動機、２…モータ、３…クラッチ、４…入力軸、５…出力軸、６…車輪、７…１−２変速用噛み合いクラッチ、８…３−４変速用噛み合いクラッチ、９…５−Ｒ変速用噛み合いクラッチ、１０…１−２変速用締結力発生装置、１１…３−４変速用締結力発生装置、１２…５−Ｒ変速用締結力発生装置、１３…変速用駆動力制御装置、１４…入力軸回転センサ、１５…出力軸回転センサ、１６…入力軸回転算出装置、１７…出力軸回転算出装置、１９…噛み合い部分、２０…入力軸側噛み合いリング、２１…出力軸側噛み合いリング、２２…クロスポイント、２３…車両駆動用原動機出力トルク、２４…モータ出力トルク、２５…締結または開放トルク、４１…トルク振動周期、４２…トルク振動振幅、７１…回転振動周期、７２…回転振動振幅、８１…１−２変速用締結位置検出装置、８２…３−４変速用締結位置検出装置、８３…５−Ｒ変速用締結位置検出装置、９１…回転振動制御領域、９２…トルク振動制御領域、９３…締結完了位置、９４…制御切換えタイミング、９５…非締結距離、１１１…差動装置、１１２…アシスト駆動装置、１２０…圧力発生装置、１２１…多板クラッチ。

Claims (10)

1. 変速機の入力軸と出力軸の間に設けられた変速比の異なる複数の変速段の変速歯車組を選択的に切換えて原動機からの駆動トルクを変速して車輪に伝達するものであって、噛み合いクラッチを操作して変速比の異なる前記変速歯車組を選択的に切換える自動車の変速機の変速方法において、
   変速時に前記噛み合いクラッチの入力側要素と出力側要素との間に相対的に周期的トルク変動若しくは周期的回転数変動の少なくとも何れかを与えながら当該噛み合いクラッチの入力側要素と出力側要素とを開放若しくは締結することを特徴とする自動車の変速機の変速方法。
2. 請求項１に記載した自動車の変速機の変速方法において、
   変速時に前記噛み合いクラッチの入力側要素と出力側要素との間に相対的に周期的トルク変動を与えながら当該噛み合いクラッチの入力側要素と出力側要素とを開放すると共に、
   前記噛み合いクラッチの入力側要素と出力側要素とが開放された後、前記噛み合いクラッチの入力側要素と前記とは別の出力側要素との間に相対的に周期的回転変動を与えながら当該両要素を締結することを特徴とする自動車の変速機の変速方法。
3. 変速機の入力軸と出力軸の間に設けられた変速比の異なる複数の変速段の変速歯車組を選択的に切換えて原動機からの駆動トルクを変速して車輪に伝達するものであって、噛み合いクラッチを操作して当該噛み合いクラッチの入力側要素を特定の変速段の変速歯車組に設けられている前記噛み合いクラッチの出力側要素から開放し、別の変速段の変速歯車組に設けられている前記噛み合いクラッチの出力側要素に締結する自動車の変速装置において、
   前記変速時の前記噛み合いクラッチの入力側要素と出力側要素との間の開放タイミングあるいは締結タイミングに同期して、前記噛み合いクラッチの入力側要素と出力側要素との間に相対的に、周期的トルク変動若しくは周期的回転数変動の少なくともいずれかを与える開放、締結調整装置を設けたことを特徴とする自動車の変速装置。
4. 請求項３に記載された自動車の変速装置において、
   前記変速時に前記噛み合いクラッチの入力側要素と出力側要素との間の開放タイミングに同期して、前記噛み合いクラッチの入力側要素と出力側要素との間に相対的に、周期的トルク変動を与えると共に、前記噛み合いクラッチの入力側要素と出力側要素とが開放された後、前記噛み合いクラッチの入力側要素と前記とは別の出力側要素との間に相対的に周期的回転変動を与える開放、締結調整装置を設けたことを特徴とする自動車の変速装置。
5. 請求項３に記載されたものにおいて、前記開放，締結調整装置は、モータと、このモータの回転トルクを前記入力軸に伝達するトルク伝達機構とから構成し、当該モータによって前記周期的トルク変動若しくは周期的回転数変動の少なくとも何れかを与えることを特徴とする自動車の変速装置。
6. 変速機の入力軸と出力軸の間に設けられた変速比の異なる複数の変速段の変速歯車組を選択的に切換えて原動機からの駆動トルクを変速して車輪に伝達するものであって、噛み合いクラッチを操作して当該噛み合いクラッチの入力側要素を特定の変速段の変速歯車組に設けられている前記噛み合いクラッチの出力側要素から開放し、別の変速段の変速歯車組に設けられている前記噛み合いクラッチの出力側要素に締結する変速段切換え装置と、 変速タイミングで前記入力軸と前記原動機とのトルク伝達経路を開放するクラッチ機構とを備える自動車の変速装置において、
   前記変速時の前記噛み合いクラッチの入力側要素と出力側要素との間の変速期間中に、前記入力軸にアシストトルクを供給するトルクアシスト装置を設けると共に、
   当該トルクアシスト装置は前記噛み合いクラッチの入力側要素と出力側要素との間の開放タイミング若しくは締結タイミングに同期して、前記噛み合いクラッチの入力側要素と出力側要素との間に相対的に、周期的トルク変動若しくは周期的回転数変動の少なくとも何れかを与えることを特徴とする自動車の変速装置。
7. 請求項６に記載された自動車の変速装置において、
   当該トルクアシスト装置は、前記噛み合いクラッチの入力側要素と出力側要素との間の開放タイミングに同期して、前記噛み合いクラッチの入力側要素と出力側要素との間に相対的に周期的トルク変動を与え、且つ前記噛み合いクラッチの入力側要素と出力側要素とが開放された後、前記とは別の噛み合いクラッチの入力側要素と出力側要素との間の締結タイミングに同期して前記とは別の噛み合いクラッチの入力側要素と出力側要素との間に相対的な周期的回転変動を与えることを特徴とする自動車の変速装置。
8. 請求項６に記載したのものにおいて、前記トルクアシスト装置がモータで構成されていることを特徴とする自動車の変速装置。
9. 噛み合いクラッチを操作して歯数の異なる複数の変速歯車組を選択的に切換えて、原動機からの駆動トルクを変速して車輪に伝達する自動車の変速装置のアクチュエータ用の制御装置であって、
   前記噛み合いクラッチ操作用のアクチュエータ及び前記変速機の変速中に変速機の入力軸と出力軸との間の駆動トルクを補助する駆動トルク補助装置に制御信号を出力する自動車の変速装置のアクチュエータ制御装置において、
   前記噛み合いクラッチ操作用のアクチュエータに制御信号を出力しているタイミングに同期して、前記駆動トルク補助装置に周期的に変動する制御信号を与える
   ことを特徴とする自動車の変速装置のアクチュエータ制御装置。
10. 車両駆動用原動機、
    該原動機に接続された入力軸側変速歯車列、
    該入力軸側変速歯車列に結合し、車輪に接続された出力軸に固定された出力軸側変速歯車列、
    該入力軸側歯車列または該出力軸側歯車列を各軸に締結もしくは開放できる噛み合いクラッチ、
    該噛み合いクラッチを締結，開放するアクチュエータ、
    該入力軸の回転数を観測する入力軸回転センサ、
    該出力軸の回転数を観測する出力軸回転センサ、
    前記入力軸に接続され入力軸の駆動力を制御可能な変速用動力装置、
    を設けた自動車用変速機において、
    前記各噛み合いクラッチの締結，開放の何れかのタイミングで前記噛み合いクラッチの入力側と出力側の相対トルク若しくは相対回転数が正負反転するように前記変速用動力装置のトルク若しくは回転数の少なくとも何れかを振動制御する
    ことを特徴とする自動車用変速機の制御装置。

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