JP2005256907A - 自動変速機のセレクトアシスト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 セレクトレバーとレンジ位置切り換え装置の機械的連結によりフェール時のレンジ切り換え操作を可能にしつつ、セレクトレバーの小型化によるレイアウト自由度の拡大を図ることができ、しかも要求に応じたセレクトレバー操作力特性を得ることができる自動変速機のセレクトアシスト装置を提供する。
【解決手段】 セレクトされている中立状態でのレンジ位置を判定するポジション判定部３９を備え、コントロールユニット２２が、ポジション判定部３９で判定したレンジ位置を基点とする操作位置を用いてアシスト力の制御を行う。
【選択図】 図３

Description

本発明は、自動変速機を備えた車両において、ドライバのセレクトレバー操作力を補助する自動変速機のセレクトアシスト装置の技術分野に属する。

従来、自動変速機のセレクトレバーは、ロッドやケーブル等の操作力伝達手段を介して自動変速機のマニュアルバルブと機械的に連結されている。セレクトレバーに入力されるドライバの操作力は、操作力伝達手段を介してマニュアルバルブに伝達され、操作量に応じてレンジ位置が切り換えられる（例えば、特許文献１参照）。

一方、セレクトレバーとマニュアルバルブとが電気的に接続された、いわゆるシフトバイワイヤ技術を用いたものが知られている。この従来技術は、マニュアルバルブを作動するアクチュエータを設け、セレクトレバーの回動操作を電気信号に変化してアクチュエータを駆動することにより、レンジ位置を切り換えるものである（例えば、特許文献２参照）。
特開平９−３２３５５９号公報 特開２００３−９７６９４号公報

セレクトレバーの操作時には、操作力伝達手段のフリクション、ディテントの抵抗等、機械的な操作反力が発生するため、大きな操作力が要求される。よって、ドライバの必要操作力を小さくするために、セレクトレバーの長さを十分な梃子力が得られる長さに設定する必要がある。

したがって、上記従来技術のうち前者にあっては、セレクトレバーの長さに起因して形状が大きくなるため、設置場所に制約が多く、車室内におけるレイアウト自由度が低いという問題があった。

一方、後者では、アクチュエータの採用によってセレクトレバーを短く設計でき、前者と比較してレイアウト自由度は高くなる。ところが、セレクトレバーとマニュアルバルブとが機械的に連結していないため、フェール時にレンジ切り換えが不能となる。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、セレクトレバーとレンジ位置切り換え装置の機械的連結によりフェール時のレンジ切り換え操作を可能にしつつ、セレクトレバーの小型化によるレイアウト自由度の拡大を図ることができ、しかも要求に応じたセレクトレバー操作力特性を得ることができる自動変速機のセレクトアシスト装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明に記載の自動変速機のセレクトアシスト装置では、自動変速機のレンジ位置切り換え装置と連結されたセレクトレバーへの入力操作力を検出する入力操作力検出手段と、前記セレクトレバーの操作位置を検出する操作位置検出手段と、前記セレクトレバーにドライバの操作力を補助するアシスト力を出力するアシストアクチュエータと、検出された入力操作力と操作位置に基づいて、アシストアクチュエータに対しアシスト力を変化させる制御指令を出力するアシスト力制御手段とを有する自動変速機のセレクトアシスト装置であって、セレクトされている中立状態でのレンジ位置を判定する基点レンジ位置判定手段を備え、前記アシスト力制御手段が、前記基点レンジ位置判定手段で判定したレンジ位置を基点とする操作位置を用いてアシスト力の制御を行うことを特徴とする。

請求項１に記載の発明では、セレクトレバーとレンジ位置切り換え装置の機械的連結を保持しつつ、ドライバのレバー操作力をアシストアクチュエータで補助することにより、フェール時のレンジ切り換え操作の確保と、セレクトレバーの小型化によるレイアウト自由度の拡大を共に達成できる。

また、セレクトされている中立状態でのレンジ位置を判定する基点レンジ位置判定手段を備え、前記アシスト力制御手段が、前記基点レンジ位置判定手段で判定したレンジ位置を基点とする操作位置を用いてアシスト力の制御を行うため、操作位置検出手段が組付け誤差、ヒステリシス、経時劣化等で変動しても、アシスト制御に影響を与えず操作フィーリングを良好に保つことができる。

以下に、本発明の自動変速機のセレクトアシスト装置を実現する実施の形態を、実施例に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は実施例１の自動変速装置の構成を示す側面図、図２はアシストアクチュエータの細部構造を示す要部斜視図である。

実施例１の自動変速装置は、セレクト機構部１と、コントロールケーブル８と、アシストアクチュエータ９と、コントロールケーブル１８と、自動変速機１９と、コントロールユニット（アシスト力制御手段）２２とを主要な構成としている。

前記セレクト機構部１は、ドライバにより操作されるセレクトレバー２を有し、例えば、運転席脇のセンタクラスタ３に設けられている。セレクトレバー２の上端には、セレクト操作時にドライバが把持するためのセレクトノブ４が付設されている。セレクトレバー２は、支点軸５を中心として回動操作され、従来の一般的なセレクトレバーよりも250mm短い100mmに設定されている。

前記セレクトレバー２の下端部には、セレクトレバージョイント７を介してプッシュプル式のコントロールケーブル８が接続されている。コントロールケーブル８は、入力レバージョイント１１を介してアシストアクチュエータ９の入力レバー１０と回動自在に接続されている。すなわち、セレクトレバー２の回転運動が直線運動に変換され、セレクトレバー２の操作により発生した操作力が入力レバー１０に伝達される。

前記入力レバー１０は、回動可能に設けられた出力軸１２を介して出力レバー１３と連結されている。出力軸１２には、ウォームギア１４が設けられており、このウォームギア１４は、減速機構を備えた電動モータ１５のモータ出力軸１６と噛み合っている。

前記出力レバー１３には、出力レバージョイント１７を介してプッシュプル式のコントロールケーブル１８が接続されている。コントロールケーブル１８は、自動変速機１９の制御アーム２０と接続されている。すなわち、コントロールケーブル１８により出力レバー１３の回転運動が直線運動に変換され、ドライバの操作力と電動モータ１５の駆動力との合成力が自動変速機１９の制御アーム２０に伝達される。

前記出力軸１２には、入力レバー１０とウォームギア１４との間に生じるゆがみ（ねじれ）を検出するトルクセンサ（入力操作力検出手段）２１が設けられている。このトルクセンサ２１により検出された操作力信号は、図外の増幅アンプにより信号増幅され、コントロールユニット２２にワイヤハーネス２３を介して伝達される。トルクセンサ２１の検出信号により、セレクトレバー操作における操作力が推定可能となる。

前記ウォームギア１４には、位置検出のための接触子２４が取り付け固定されている。この接触子２４がウォームギア１４と一体に回動し、図示しない基板に印刷されたカーボン抵抗と電気的に接触することにより、セレクトレバー２のストローク角度に応じた電圧信号をコントロールユニット２２に出力する。この接触子２４とカーボン抵抗とからポテンショメータ（操作位置検出手段）２５が構成されている。

このポテンショメータ２５は、セレクトレバー２がＰレンジ位置で停止しているときの角度を基点角度として、セレクトレバー２のストローク角度を随時検出する。

前記コントロールユニット２２は、検出されたセレクトレバー２のストローク角度と、ドライバの操作力とに基づいて目標アシスト力を設定し、電動モータ１５の出力デューティ比をＰＷＭ制御する。

図３に、コントロールユニット２２の制御ブロック図を示す。
前記セレクト機構部１において、レンジ切り換え操作されたセレクトレバー２のストローク変化は、コントロールケーブル８を介してアシストアクチュエータ９のポテンショメータ２５へ入力される。ポテンショメータ２５では、セレクトレバー２の操作量に応じたストローク角度が検出され、ストローク角度信号としてコントロールユニット２２へ出力される。

また、セレクトレバー２の操作力は、コントロールケーブル８を介してアシストアクチュエータ９のトルクセンサ２１へ入力される。トルクセンサ２１では、セレクトレバー２の操作力が検出され、操作力信号としてコントロールユニット２２へ出力される。

A/D変換器３４は、入力されたトルクセンサ２１からの検出信号をデジタル信号に変換する。

FB演算部３５は、トルクセンサ２１からの入力操作力に基づいて、入力操作力とテーブル部３８からの目標操作反力の偏差に応じたアシスト力を決定し出力する。

アシスト開始判定部３６（開始判定手段に相当する）は、トルクセンサ２１からの入力操作力からアシスト制御の開始を判定し、開始したことを示す情報をテーブル先頭位置補正部４０に出力する。

テーブル部３７は、操作位置に応じた目標操作反力をFB演算部３５に出力する。

A/D変換器３８は、入力されたポテンショメータ２５からの検出信号をデジタル信号に変換する。

ポジション判定部３９（基点レンジ位置判定手段に相当する）は、ポテンショメータ２５からの操作位置から、アシスト制御前にセレクトされて中立状態となっているレンジ位置が、Ｐ・Ｒ・Ｎ・Ｄ・Ｌのどの位置にあるかを判定し、判定結果をテーブル先頭位置補正部４０に出力する。

テーブル先頭位置補正部４０（位置補正値算出手段に相当する）は、アシスト開始判定部３６からアシスト制御開始を示す情報を受け取った際に、ポジション判定部３９からのシフト位置の情報から、アシストを開始する位置と実際にアシストを開始した位置との補正値を演算し、演算結果を減算器４１に出力する。

減算器４１（加減手段に相当し、テーブル先頭位置補正部４０と共に操作位置演算手段に相当する）は、ポテンショメータ２５からの操作位置から、テーブル先頭位置補正部４０からの補正値を減算し、その結果を操作位置としてテーブル３７へ出力する。

次に、自動変速機１９のディテントの構造について説明する。
図４は、自動変速機１９のディテントの構造を示す斜視図である。
制御アーム２０には回転シャフト２６が設けられ、この回転シャフト２６にディテントプレート２７が支持されている。ディテントプレート２７の上端には、カム山２７ａの間に５つのレンジ（Ｐ・Ｒ・Ｎ・Ｄ・Ｌ）に対応した谷部２７ｂが形成されている。そして、この谷部２７ｂにバネ板２８の先端に形成されたディテントピン２９を係合させ、選択されたレンジ位置を保持することにより、車両の振動等に起因する意図しないレンジセレクトを防止している。

すなわち、セレクトレバー２の操作力により回転シャフト２６が回動し、この回動に応じてディテントプレート２７がディテントピン２９に対して相対移動する。このとき、ディテントピン２９がカム山２７ａを乗り越えて隣のレンジに対応した谷部２７ｂと係合し、係合状態がバネ板２８の弾性力により保持される。この弾性力が、セレクトレバー２を操作する際の主要な負荷力となる。

なお、ディテントプレート２７には、パーキングポール３０の一端が回動自在に連結されている。このパーキングポール３０は、セレクトレバー２をＰレンジに移動させたとき、カム状プレート３１を介してパーキングギア３２の回転を阻止し、図外の駆動輪をロックするものである。これにより、勾配路上にＰレンジで車両を駐車したとき、勾配に応じて駆動輪をロックするように車重負荷が加わり、パーキングポール３０を咬む力として作用する。

次に、作用を説明する。
［セレクトレバーのアシスト制御処理］
図５は、コントロールユニット２２で実行されるセレクトレバー２のアシスト制御処理の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ１では、トルクセンサ２１から入力操作力を入力する。

ステップＳ２では、入力したトルクセンサ２１の検出値をデジタル信号に変換し、その値をTvalとする。

ステップＳ３では、ポテンショメータ２５から操作位置を入力する。

ステップＳ４では、入力したポテンショメータ２５の検出値をデジタル信号に変換し、その値をPvalとする。

ステップＳ５では、アシスト制御前の中立位置のセレクトされたレンジ位置が（Ｐ・Ｒ・Ｎ・Ｄ・Ｌ）のいずれの位置にあるかを判定し、判定値をRposとする。

ステップＳ６では、入力操作力Tvalが、予め定められている開始判定値以上となったかどうかを判断し、開始判定値より小さいならばアシスト停止としてステップＳ１に移行し、開始判定値以上であり、かつアシスト停止の状態に対してアシスト開始１回目の場合にはステップＳ７に移行し、開始判定値以上であり、かつアシスト停止の状態に対してアシスト開始２回目以降の場合にはステップＳ８に移行する。

ステップＳ７では、目標操作反力のテーブルの先頭位置を補正し、その補正値Hvalをレンジ位置に基づくアシスト制御スタート位置Stbl[Rpos]からPvalをひく、つまりStbl[Rpos]−Pval→Hvalより求める。

ステップＳ８では、FB制御処理として、操作位置から補正値を引いた値、つまりPval-Hvalに対するテーブルデータ値より目標操作反力を決定する。

ステップＳ９では、目標操作反力と入力操作力の偏差となる目標アシスト力となるように電動モータ１５の出力デューティ比を制御し、本制御を終了する。

［自動変速機の操作反力特性］
図６は、Ｐ→Ｒレンジ方向におけるセレクトレバー２、正確には、ドライバの把持するセレクトノブ４に発生する操作反力を示す特性図である。この操作反力特性は、電動モータ１５を駆動していない状態で、ドライバがＰ→Ｒレンジ方向にセレクトレバー２を操作したとき、アシストアクチュエータ９の出力軸１２において操作反力として検出された軸トルクを、セレクトノブ４に発生する操作反力Fm[N]として換算し、ポテンショメータ２５により取得されるストローク角度と対比させたものである。

この操作反力は、上述した自動変速機１９のディテントで発生する負荷力に、コントロールケーブル８，１８の摩擦力、電動モータ１５のイナーシャ等を合成したものである。すなわち、電動モータ１５によるアシスト力がない状態でレンジ切り換えを行うには、この操作反力Fm以上の手動操作力が必要となる。

図６に示すように、セレクトレバー２をＰ→Ｒレンジ方向に操作したときに発生する操作反力Fmは、各レンジ間において、初めにセレクトレバー２の操作方向と逆方向（Ｄ→Ｎレンジ方向）に発生し、ピーク後に向きを変えて操作方向と同一方向（Ｐ→Ｒレンジ方向）に発生し、レンジ切り換え位置（停止位置）付近でゼロに収束した状態となる。この特性は、ディテントピン２９がディテントプレート２７のカム山２７ａを乗り越える際に発生する負荷力に起因している。すなわち、ディテントピン２９がカム山２７ａを乗り越えるまでは、バネ板２８の付勢力により抵抗力が発生し、ディテントピン２９がカム山２７ａを乗り越えた後は、ディテントピン２９が次のカム山２７ａの溝に落ち込んで引き込み力（慣性力）が発生するためである。

［目標操作反力特性］
図７は、Ｐ→Ｒレンジ方向におけるセレクトレバー２の目標操作反力を示す特性図である。この目標操作反力特性は、ドライバにとって節度感のある良好な操作特性が得られる目標操作反力Ft[N]を、セレクトレバー２のストローク角度に応じて予め設定したものである。

［FB制御］

実施例１では、操作により入力される操作力が、図７に示す目標操作力となるように、アシスト制御を行って、図６に示す操作反力が生成されるようにして急峻で大きなトルク偏差を伴うセレクトレバーのアシスト制御において、外乱抑制性を高いレベルでできるようにして、良好な操作特性を実現できる。

［操作位置の基点ズレについて］
ここで、操作位置の基点ズレについて説明する。
実施例１の自動変速機のセレクトアシスト装置は、アシスト制御中はセレクトレバー２の操作位置情報を使用して目標操作力、ゲインスケジュール定数等をテーブル部３７から参照している。テーブル部３７のテーブルデータの零点はＰレンジの絶対位置としており、セレクトレバー２の移動に対応したテーブルデータの参照が可能になっている。

しかしながら、デバイスの組付け誤差、ケーブルもしくはロッド動作上のヒステリシス、経時劣化等の原因よりテーブル上の零点とＰレンジの基点の間にズレが生じる。
このテーブル参照のズレによって、適当なアシストが行われず、操作が重かったり、狙い通りの操作感が得られない結果となる（図９参照）。
これに対し、実施例１では、ポジション判定部３９、アシスト開始判定部３６、テーブル先頭位置補正部４０、減算器４１を設けている。

［レンジ位置を基点にしたズレ補正作用］
実施例１におけるレンジ位置を基点にするズレの補正作用について、図８を参照して説明する。なお、図８に示す目標操作反力Ftは、図７に示すものと異なるが、図８に示す目標操作反力Ftがズレ補正の説明上、テーブル部３７に収容されているものとする。
実施例１では、いずれかのレンジ位置に中立状態でセレクトレバー２が位置する際に、ドライバーがセレクトレバー２を操作し始めると、入力操作力（操作トルク）が開始操作力以上となることにより、アシスト開始判定部３６によるステップＳ６の処理により操作開始と判定される。操作開始が停止から１回目の場合には、テーブル先頭位置補正部４０でステップＳ７の処理により、図８に示すアシスト開始位置のズレ量を補正値として演算し（Hval）、減算器４１でポテンショメータ２５の検出値から補正値を減算する。
これにより、Ｐレンジを基点に検出された操作位置に対して、実際に操作が開始されたレンジ位置を基点とする操作位置のズレが補正されることになる。

よって、その後にステップＳ８で行われるテーブル部３７のテーブルデータの参照が図８に示すようにテーブルデータの参照位置ズレを補正したものになる（M[Pval-Hval]）。
これにより、予めテーブルデータに収容された、狙いの目標操作反力となるよう、精度よくフィードバック制御が行われ、良好な操作フィーリングが得られる。

次に効果を説明する。
本実施の形態の自動変速機のセレクトアシスト装置にあっては、次に列挙する効果を得ることができる。

(1)セレクトレバー２は従来のセレクトレバーよりも車室内空間への突出量が150mm程度少なく、さらに、セレクトレバー２と制御アーム２０はコントロールケーブル８，１８を介して連結されているため、従来品よりも車室内レイアウトの自由度が大きく、インストルメントパネル等、車室内の任意箇所にセレクトレバー２を設定できる。
また、セレクトレバー２と制御アーム２０がコントロールケーブル８，１８によって機械的に連結されているため、アシストアクチュエータ９やコントロールユニット２２がフェールした場合でも、ドライバは手動でレンジ位置を切り換えることができる。
また、セレクトされている中立状態でのレンジ位置を判定するポジション判定部３９を備え、コントロールユニット２２が、ポジション判定部３９で判定したレンジ位置を基点とする操作位置を用いてアシスト力の制御を行うため、操作位置検出手段が組付け誤差、ヒステリシス、経時劣化等で変動しても、アシスト制御に影響を与えず操作フィーリングを良好に保つことができる。

(2)コントロールユニット２が、トルクセンサ２１で検出した操作トルク（入力操作力）からアシスト制御の開始を判定するアシスト開始判定部３６と、アシスト開始判定部３６により判定されるアシスト制御の開始時に、ポジション判定部３９により判定される基点のレンジ位置からの操作位置を演算するテーブル先頭位置補正部４０及び減算器４１とを備えるため、いずれかのレンジ位置に停止しているセレクトレバー２が操作される際に判定するので、確実にアシスト操作のテーブル位置を操作開始からズレなく行えるようにして、操作開始の当初から操作フィーリングを良好に保つことができる。

(3)操作位置演算手段が、ポジション判定部３９により判定される基点のレンジ位置と、ポテンショメータ２５で検出した操作位置の差を演算するテーブル先頭位置補正部４０と、ポテンショメータ２５で検出した操作位置から、テーブル先頭位置補正部４０で演算した補正値を加減する減算器４１とを備えるため、操作位置の処理の途中で、操作位置のズレ量として減算して、ズレを考慮した操作位置として出力できる。

（その他の実施の形態）
以上、本発明の実施の形態を実施例１に基づいて説明してきたが、本発明の具体的な構成は実施例１に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、実施例１では、セレクトレバー２の入力操作力を検出する入力操作力検出手段としてトルクセンサ２１を用いたが、電動モータ１５への供給電流値や電動モータ１５の回転数等から入力操作力を推定する構成としてもよい。
実施例１では、セレクトレバー２と自動変速機１９の制御アーム２０をコントロールケーブル８，１８で連結する構成を示したが、セレクトレバー２の操作力を制御アーム２０に伝える操作力伝達手段は任意であり、ロッドやリンケージを用いた構成としてもよい。
セレクトレバー２の形状や大きさは任意であり、指先で操作可能なスイッチ形状としてもよい。また、目標操作反力特性も、セレクトレバー２の形状に応じて良好な操作特性が得られる特性に変更する。

基点とするレンジ位置は、中立状態となる位置を基点としてもよく、中立状態の所定の幅の端としてもよい。
実施例１では、目標操作反力のデーブルデータの開始位置を補正したが、他の制御方法において、他のデータを補正するものであってもよい。

実施例１の自動変速機の構成を示す側面図である。 アシストアクチュエータの細部構造を示す要部斜視図である。 コントロールユニットの制御ブロック図である。 自動変速機のディテントの構造を示す斜視図である。 コントロールユニットで実行されるセレクトレバーのアシスト制御処理の流れを示すフローチャートである。 Ｐ→Ｒレンジ方向においてセレクトレバーに発生する操作反力を示す特性図である。 Ｐ→Ｒレンジ方向におけるセレクトレバーの目標操作反力を示す特性図である。 アシスト開始位置の基点ズレを補正する状態を示す説明図である。 アシスト開始位置の基点ズレを補正しない状態を示す説明図である。

符号の説明

１ セレクト機構部
２ セレクトレバー
３ センタクラスタ
４ セレクトノブ
５ 支点軸
７ セレクトレバージョイント
８ コントロールケーブル
９ アシストアクチュエータ
１０ 入力レバー
１１ 入力レバージョイント
１２ 出力軸
１３ 出力レバー
１４ ウォームギア
１５ 電動モータ
１６ モータ出力軸
１７ 出力レバージョイント
１８ コントロールケーブル
１９ 自動変速機
２０ 制御アーム
２１ トルクセンサ
２２ コントロールユニット
２３ ワイヤハーネス
２４ 接触子
２５ ポテンショメータ
２６ 回転シャフト
２７ ディテントプレート
２７ａ カム山
２７ｂ 谷部
２８ バネ板
２９ ディテントピン
３０ パーキングポール
３１ カム状プレート
３２ パーキングギア
３４ A/D変換器
３５ FB演算部
３６ アシスト開始判定部
３７ テーブル部
３８ A/D変換器
３９ ポジション判定部
４０ テーブル先頭位置補正部４０
４１ 減算器

Claims (3)

1. 自動変速機のレンジ位置切り換え装置と連結されたセレクトレバーへの入力操作力を検出する入力操作力検出手段と、
   前記セレクトレバーの操作位置を検出する操作位置検出手段と、
   前記セレクトレバーにドライバの操作力を補助するアシスト力を出力するアシストアクチュエータと、
   検出された入力操作力と操作位置に基づいて、アシストアクチュエータに対しアシスト力を変化させる制御指令を出力するアシスト力制御手段と、
   を有する自動変速機のセレクトアシスト装置であって、
   セレクトされている中立状態でのレンジ位置を判定する基点レンジ位置判定手段を備え、
   前記アシスト力制御手段が、
   前記基点レンジ位置判定手段で判定したレンジ位置を基点とする操作位置を用いてアシスト力の制御を行う、
   ことを特徴とする自動変速機のセレクトアシスト装置。
2. 請求項１に記載の自動変速機のセレクトアシスト装置において、
   前記アシスト力制御手段が、
   前記入力操作力検出手段で検出した入力操作力からアシスト制御の開始を判定する開始判定手段と、
   同開始判定手段により判定されるアシスト制御の開始時に、基点レンジ位置判定手段により判定される基点のレンジ位置からの操作位置を演算する操作位置演算手段と、
   を備えることを特徴とする自動変速機のセレクトアシスト装置。
3. 請求項２に記載の自動変速機のセレクトアシスト装置において、
   前記操作位置演算手段が、
   基点レンジ位置判定手段により判定される基点のレンジ位置と、前記操作位置検出手段で検出した操作位置の差を演算する位置補正値算出手段と、
   前記操作位置検出手段で検出した操作位置から、前記位置補正値算出手段で演算した補正値を加減する加減手段と、
   を備えることを特徴とする自動変速機のセレクトアシスト装置。

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