JP2006070911A - 変速システム - Google Patents

Abstract

【課題】 発進時でも同期に時間がかからないようなギヤの入れ直しを行うことができる変速システムを提供すること。
【解決手段】 目標変速段へのギヤ入れの際、ギヤ入れ開始から一定時間が経過してもギヤ入れが終了しない場合は、車速に応じて異なるギヤ入れ直し制御を行ったのちに、再度目標変速段へのギヤ入れを行う。
ギヤ入れ直し制御とは、具体的には、車速が一定速度以上の場合はギヤをニュートラルに移動してからクラッチを繋ぎ、クラッチを切るいわゆるダブルクラッチ制御を行う。車速が一定速度以上ではない場合は、ダブルクラッチ制御は行わず、他段へのギヤ入れを行う。
【選択図】 図４

Description

本発明は、機械式自動変速機の変速システムに関するものである。

近年、自動車の変速機として、マニュアル車と同様な変速機及びクラッチにそれぞれアクチュエータを付設し、これらを自動制御することにより、変速を行えるようにした機械式自動変速機が、開発、実用化されている。

ところが、変速機本体はマニュアル車と同様の構造をしているため、ギヤ入れの際に稀にギヤの係合が困難になる場合がある。
図５（ａ）は機械式自動変速機内のギヤの係合部の構造を示す模式図であり、図５（ｂ）は、ギヤの係合が困難になった場合のギヤの係合部の位置関係を示す図である。

図５（ａ）に示すように、変速機の係合部には、入力軸側の係合部であるギヤ歯部３９、出力軸側の係合部であるスリーブ歯部６４が設けられ、ギヤ歯部３９とスリーブ歯部６４の間には、入力軸側と出力軸側の同期を行うシンクロナイザリングの係合部であるシンクロ歯部５５が設けられている。

ギヤ歯部３９は複数のドグ歯８１ａ、８１ｂを有している。ドグ歯８１ａ、８１ｂは共に、先端が三角形状をしており、先端部８１ｅ、８１ｆを有している。

シンクロ歯部５５、スリーブ歯部６４も同様に、ドグ歯８３ａ、８３ｂ、８５ａ、８５ｂを有し、各ドグ歯は先端部８３ｅ、８３ｆ、８５ｅ、８５ｆを有している。
なお、実際はギヤ歯部３９、シンクロ歯部５５、スリーブ歯部６４共にドグ歯の数は２本以上あるが、図５（ａ）および図５（ｂ）では３本目以降のドグ歯の表記を省略している。

ここで、ギヤ入れの際に図５（ｂ）に示すようにスリーブ歯部６４とギヤ歯部３９の先端部８５ｅ、８１ｅ同士または先端部８５ｆ、８１ｆ同士が接触してしまうと、いわゆる歯先当たりの状態となり、ギヤ入れが困難になる。

このように、歯先当たりによってギヤ入れが困難になった場合、従来は、一度ギヤをニュートラル位置に戻し、クラッチを繋いだ後、クラッチを切って再度ギヤ入れを行うという制御を行っており、このようなギヤの入れ直し制御（リトライ制御）はダブルクラッチ制御とも呼ばれている。

ダブルクラッチ制御を行うことにより、ギヤおよびシンクロナイザリングが回転して、ギヤ歯部３９のドグ歯８１ａ、８１ｂの位相が変化するため、歯先当たりを解消することができる。このようなダブルクラッチ制御を行う変速システムとしては、以下のようなものが知られている。

特開２００３-１１２５４１号公報

しかしながら、車両の発進時のように、入力軸側、出力軸側の回転数がいずれも０に近い状態でダブルクラッチ制御を行うと、入力軸側の回転数がエンジンのアイドル回転数まで引き上げられてしまうため、回転数を引き上げられた入力軸側を、さらに回転数が０に近い状態の出力軸側と同期させなければならず、同期に時間がかかるという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は発進時でも同期に時間がかからないように、ギヤの入れ直しを行うことができる変速システムを提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明は、エンジンと、前記エンジンと前記変速機との間に設けられ、前記エンジンの回転の前記変速機への伝達の断接を行うクラッチと、所定のギヤを噛み合わせ、前記クラッチの回転数を変換する変速機と、前記変速機で目標とする変速段でのギヤ入れを開始してから、ギヤ入れが終了しない場合、車速に応じて、ギヤの入れ直しを前記変速機および前記クラッチに行わせる制御手段と、を有することを特徴とする変速システムである。
前記制御手段は、車速が所定速度以上の場合には、ギヤを中立位置に移動させ、前記クラッチを繋いだ後に前記クラッチを切って再度目標変速段に対するギヤ入れを行う。
また、前記制御手段は、車速が所定速度未満の場合には、他の変速段でのギヤ入れを行った後に、再度目標変速段でのギヤ入れを行う。

本発明では、車速に応じて異なるギヤの入れ直しを行う制御手段を備えている。

本発明によれば、車速に応じて異なるギヤの入れ直しを行うため、車両の発進時にも変速に時間がかからず、操作性が改善される。

以下、図面に基づいて本発明に好適な実施形態を詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る機械式自動変速機１の回路図である。

エンジン３と変速機９の間にはクラッチ５が設けられている。
クラッチ５はアクチュエータである電動ＣＣＵ（Clutch Control Unit）１１によって断接駆動されるようになっており、変速機９は、アクチュエータである電動ＧＳＵ（Gear Shift Unit）１０によって制御されるようになっている。
エンジン３はエンジンＥＣＵ（Electric Control Unit）１５によって制御され、電動ＣＣＵ１１、電動ＧＳＵ１０はパワー回路であるドライブユニット１００を介して変速機ＥＣＵ１３に接続されており、変速機ＥＣＵ１３によって電気信号を通じて制御されている。

変速機ＥＣＵ１３は、変速等を行うための制御プログラムに従って演算処理を実行するＣＰＵ９１（Central Processing Unit）、演算結果等を格納するＲＡＭ９３（Random Access Memory）、制御プログラム等を格納するＲＯＭ９５（Read Only Memory） 、後述する時間の計測を行うタイマ９７および後述する各種信号の入出力を行う入出力インタフェース９９を備えている。

また、変速機ＥＣＵ１３には、チェンジレバーユニット１０１、パーキングブレーキ１０３の作動を検出するパーキングブレーキスイッチ１０５、ブレーキペダル１０７の作動を検出するストップランプスイッチ１０９、エンジンＥＣＵ１５等が接続されており、エンジンＥＣＵ１５、チェンジレバーユニット１０１、パーキングブレーキスイッチ１０５、ストップランプスイッチ１０９等からの信号が入力されるようになっている。

チェンジレバーユニット１０１は、運転者が変速の指示を行うための装置であり、運転者がチェンジレバーユニット１０１内の図示しないシフトレバーを操作することにより、チェンジレバー操作信号が変速機ＥＣＵに出力される。
パーキングブレーキ１０３は主に停車時に用いられる機械式のブレーキである。
ブレーキペダル１０７は運転者がブレーキの指示を行うためのペダルである。

また変速機９からは、分波器であるパルスデバイダ１０２を介して車速信号Ｓ３が入力されるようになっており、電動ＧＳＵ１０からはギヤポジション信号Ｓ６が入力されるようになっている。

車速信号Ｓ３とは、車速を示す信号であり、変速機ＥＣＵ１３は車速信号Ｓ３から、現在の車速を読み取る。
ギヤポジション信号Ｓ６とは、変速機９内でのギヤの位置を示す信号であり、変速機ＥＣＵ１３は、ギヤポジション信号Ｓ６から、現在の変速位置を読み取る。

変速機ＥＣＵ１３は、これらの入力信号に基づいて、変速を行うか否かの判断をし、変速を行う場合は、クラッチ５の断接のためのＣＣＵモータ駆動信号Ｓ１をドライブユニット１００を介して電動ＣＣＵ１１に出力したり、シフトチェンジのためのＧＳＵモータ駆動信号Ｓ２をドライブユニット１００を介して電動ＧＳＵ１０に出力したりする。

エンジンＥＣＵ１５は加速、減速等を行うための制御プログラムに従って演算処理を実行するＣＰＵ１１１、演算結果等を格納するＲＡＭ１１３、制御プログラム等を格納するＲＯＭ１１５、時間の計測を行うタイマ１１７及び各種信号の入出力を行う入出力インタフェース１１９を備えている。

また、エンジンＥＣＵ１５にはアクセルペダル１２１の踏み込み量を検出するアクセル踏み込み量センサ１２３、排気ブレーキメインバルブ１２５、排気ブレーキスイッチ１２７、変速機ＥＣＵ１３等が接続され、アクセル踏み込み量センサ１２３、排気ブレーキスイッチ１２７等からの信号が入力されるようになっている。

アクセルペダル１２１は運転者が車速の増減の指示を出すためのペダルである。
排気ブレーキメインバルブ１２５は、排気ブレーキを作動するためのバルブであり、バルブが閉じられると、エンジン内への吸気が遮断され、排気ガスによる制動効果（排気ブレーキ）が得られる。
排気ブレーキスイッチ１２７は、排気ブレーキ操作信号を出力するスイッチである。

また変速機９からは、分波器であるパルスデバイダ１０２を介して車速信号Ｓ３がエンジンＥＣＵ１５に入力されるようになっている。さらに、エンジン３からはエンジン駆動信号Ｓ５が、クラッチ５の入力側からは、エンジン回転数信号Ｓ４がエンジンＥＣＵ１５に入力されるようになっている。

エンジンＥＣＵ１５は車速信号Ｓ３から、現在の車速を読み取る。
エンジン駆動信号Ｓ５は、エンジンＥＣＵ１５がエンジン５に与えている駆動力を示す信号である。
エンジン回転数信号Ｓ４はエンジンの回転数を示す信号である。

エンジンＥＣＵ１５は、これらの入力信号に基づいてエンジン３の回転数を変えるかどうかの判断を行い、エンジン３の回転数を変える場合には、エンジン３にエンジン駆動信号Ｓ５を出力する。また、エンジンＥＣＵ１５は排気ブレーキスイッチ１２７からの排気ブレーキ操作信号に基づいて、排気ブレーキを作動させるかどうかを判断し、作動させる場合は、排気ブレーキメインバルブ１２５に排気ブレーキ駆動信号を出力する。

また、エンジンＥＣＵ１５、変速機ＥＣＵ１３はＣＡＮ（Controller Area Network）通信１２９を通じて接続されており、相互に情報を交換できる。
さらに、ＣＡＮ通信１２９を通じてメータクラスタ１２０に各種信号が出力されており、メータクラスタ１２０は、これらの信号が入力されると、内部に設けられた図示しない速度メータ、タコメータ（回転数メータ）等の各種メータに所定の表示を行う。

次に、変速機９およびその周辺の装置について説明する。図２は変速機９とその周辺装置を示す模式図である。
エンジン３と変速機９の間にはクラッチ５が設けられている。変速機９には、電動ＧＳＵ１０が設けられ、電動ＧＳＵ１０には、ドライブユニット１００を介して変速機ＥＣＵ１３が接続されている。また、エンジン３にはエンジンＥＣＵ１５が接続されている。

クラッチ５は電動ＣＣＵ１１に接続され、電動ＣＣＵ１１にはドライブユニット１００を介して変速機ＥＣＵ１３が接続されている。

入力軸１９が変速機９内に設けられており、駆動歯車２１が入力軸１９に設けられている。
駆動歯車２１はカウンターシャフト２３に設けられたカウンター歯車２５と噛み合っており、カウンターシャフト２３には常時、入力軸１９からの動力が伝えられている。

カウンターシャフト２３に設けられたカウンター歯車２７、２９はそれぞれ出力軸３１に設けられた１速歯車３３、２速歯車３５と噛み合っており、１速歯車３３はギヤ歯部３７および円錐形状のコーン４１を有し、２速歯車３５はギヤ歯部３９および円錐形状のコーン４３を有している。なお、通常は３速、４速‥と複数の歯車が設けられているが、３速以降の歯車は省略する。

また、出力軸３１にはハブ４７、シンクロナイザリング４９、５１が設けられ、シンクロナイザリング４９にはシンクロ歯部５３が設けられ、シンクロナイザリング５１にはシンクロ歯部５５が設けられている。また、ハブ４７にはスリーブ６３がハブ４７上をＡ方向及びＢ方向に移動可能に設けられ、スリーブ６３にはスリーブ歯部６４が設けられている。
スリーブ６３にはセレクタ６５が設けられている。

シンクロナイザリング４９、５１はリング状の形状を有する部品であり、変速の際は、コーン４１、４３との摺動によって、１速歯車３３もしくは２速歯車３５とスリーブ６３の回転数同期を行う。
スリーブ６３はリング状の形状を有する部品であり、同期が終了した後に１速歯車３３もしくは２速歯車３５とハブ４７の締結を行う。
セレクタ６５はリング状の形状を有する部品であり、変速の際は、電動ＧＳＵ１０によって、スリーブ６３と一体になってＡ方向及びＢ方向に移動する。

なお図２のセレクタ６５の位置はいわゆるニュートラルの位置であり、１速歯車３３、２速歯車３５は共に出力軸３１とは繋がっておらず、エンジン３の動力は、出力軸３１には伝えられていない。

出力軸３１の一端にはファイナルギヤ７１が設けられ、ファイナルギヤ７１には車輪７５が設けられており、出力軸３１の動力は、ファイナルギヤ７１で最後に回転数を調整されて車輪７５に伝えられる。

ここで、ギヤ入れ時の変速機９内の動作についてニュートラルから２速にギヤ入れを行う場合を例に説明する。
図３は、変速時の変速機９内の動作を示す図であって、図３（ａ）はニュートラル時、図３（ｂ）はギヤ入れ開始時、図３（ｃ）はギヤ入れ終了時の動作を示す。また、各図とも、左図は２速歯車３５付近の詳細図、右図はギヤ歯部３９、シンクロ歯部５５、スリーブ歯部６４を示す詳細図である。

図３（ａ）に示すように、ギヤ歯部３９は複数のドグ歯８１ａ、８１ｂを有している。ドグ歯８１ａ、８１ｂは共に、先端が三角形状をしており、傾斜部８１ｃ、８１ｄおよび先端部８１ｅ、８１ｆを有している。

シンクロ歯部５５、スリーブ歯部６４も同様に、ドグ歯８３ａ、８３ｂ、８５ａ、８５ｂを有し、各ドグ歯は傾斜部８３ｃ、８３ｄ、８５ｃ、８５ｄおよび、先端部８３ｅ、８３ｆ、８５ｅ、８５ｆを有している。
なお、実際はギヤ歯部３９、シンクロ歯部５５、スリーブ歯部６４共にドグ歯の数は２本以上あるが、図３（ａ）、図３（ｂ）および図３（ｃ）では３本目以降のドグ歯の表記を省略している。

変速の際は、図３（ｂ）に示すようにまずセレクタ６５がＡ方向に移動し、スリーブ６３のスリーブ歯部６４をシンクロナイザリング５１のシンクロ歯部５５に接触させる。
スリーブ６３の接触を受けたシンクロナイザリング５１は、２速歯車３５のコーン４３に押し付けられ、シンクロナイザリング５１とコーン４３の摺動によって同期が行われる。

同期が終了すると、図３（ｃ）に示すようにスリーブ６３は更にＡ方向に移動し、スリーブ歯部６４のドグ歯８５ａ、８５ｂはシンクロ歯部５５のドグ歯８３ａ、８３ｂおよびギヤ歯部３９のドグ歯８１ａ、８１ｂと噛み合い、ギヤ入れは終了する。
これにより、入力軸２３の動力がスリーブ６３を介して出力軸３１に伝えられ、入力軸２３と出力軸３１は一体となって回転する。

次に本実施形態の動作について説明する。図４は本実施形態の動作を示すフローチャートである。

走行中、あるいは発進時に変速機ＥＣＵ１３は、車速信号Ｓ３、エンジン回転数信号Ｓ４等の入力信号から、変速が必要であると判断すると、電動ＧＳＵ１０にＧＳＵモータ駆動信号Ｓ２を出力し、目標変速段へのギヤ入れを開始する（ステップ２０１）。

変速機ＥＣＵ１３は、ギヤ入れが終了したかどうかを判断し、ギヤ入れが終了した場合は動作は終了になる。ギヤ入れが終了していない場合はステップ２０３に進む（ステップ２０２）。具体的には、ギヤポジション信号Ｓ６からセレクタ６５の位置を読み取り、変速が終了したかどうかを判断する。

変速機ＥＣＵ１３は、タイマ９７を用いて目標変速段へのギヤ入れ開始から一定時間が経過したかどうかを判断し、経過した場合はステップ２０４に進み、経過していない場合はステップ２０２に戻る（ステップ２０３）。
この一定時間とは、通常ギヤ入れが終了するのに要する時間であり、例えば２秒である。
変速機ＥＣＵ１３は一定時間内にギヤ入れが終了しなかった場合は、ギヤ入れが困難になったと判断するのである。

変速機ＥＣＵ１３は、車速信号Ｓ３から車速が一定速度以上かどうかを判断し、一定速度以上である場合はステップ２０５に進み、一定速度以上でない場合はステップ２０８に進む（ステップ２０４）。一定速度とは、０に近い極めて低い速度であり、例えば時速２ｋｍ／ｈである。

車速が一定速度以上である場合、変速機ＥＣＵ１３は、電動ＧＳＵ１０に対してセレクタ６５をニュートラルの位置に移動する指令を出す（ステップ２０５）。
変速機ＥＣＵ１３は、電動ＣＣＵ１１にクラッチ５を繋ぐ指令を出す（ステップ２０６）。
変速機ＥＣＵ１３は、電動ＣＣＵ１１にクラッチ５を切る指令を出し、ステップ２０１に戻り、再度目標変速段に対するギヤ入れが行われる（ステップ２０７）。

このステップ２０５から２０７にかけての一連の動作はいわゆるダブルクラッチ制御であり、ニュートラルでクラッチ５を繋ぐことにより、入力軸２３にエンジン３の動力が伝達されるため、入力軸２３と一体となって回転しているギヤ歯部３７、３９のドグ歯の位相を変化させて、歯先当たりを解消することができる。

車速が一定速度以上でない場合、変速機ＥＣＵ１３は、電動ＧＳＵ１０に対して他段へのギヤ入れを行う指令を出し、ステップ２０１に戻り、再度目標変速段に対するギヤ入れが行われる（ステップ２０８）。
他段とは、例えば、目標変速段が１速、２速の場合は３速であり、３速の場合は他段は２速、４速の場合は他段は５速、５速の場合は他段は４速、６速の場合は他段は５速である。なお、目標変速段が後進段の場合、他段は１速になる。

車速が極めて低く、０に近い時には、このような他段へのギヤ入れを行うことにより、入力軸２３側の回転数を引き上げることなく、スリーブ歯部６４のドグ歯の位相を変化させて、歯先当たりを解消することができる。

このように、本実施の形態によれば、ギヤ入れが終了せず、車速が一定以上の場合はダブルクラッチ制御を行うことによって歯先当たりを解消し、車速が一定速度未満の場合は、他段へのギヤの入れを行うことによって歯先当たりを解消することができる。
従って、発進時でも同期に時間がかからず、操作性を改善することができる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

機械式自動変速機１の回路図。 変速機９とその周辺装置を示す模式図。 変速時の変速機９内の動作を示す図。 本実施形態の動作を示すフローチャート。 機械式自動変速機内のギヤの係合部の構造を示す模式図。

符号の説明

１…………機械式自動変速機
３…………エンジン
５…………クラッチ
９…………変速機
１０………電動ＧＳＵ
１１………電動ＣＣＵ
１３………変速機ＥＣＵ
１５………エンジンＥＣＵ
１９………入力軸
２１………駆動歯車
２３………カウンターシャフト
２５………カウンター歯車
２７………カウンター歯車
２９………カウンター歯車
３１………出力軸
３３………１速歯車
３５………２速歯車
３７………ギヤ歯部
３９………ギヤ歯部
４１………コーン
４３………コーン
４７………ハブ
４９………シンクロナイザリング
５１………シンクロナイザリング
５３………シンクロ歯部
５５………シンクロ歯部
６３………スリーブ
６４………スリーブ歯部
６５………セレクタ
８１ａ……ドグ歯
８１ｃ……傾斜部
８１ｅ……先端部

Claims (3)

1. エンジンと、
   前記エンジンと前記変速機との間に設けられ、前記エンジンの回転の前記変速機への伝達の断接を行うクラッチと、
   所定のギヤを噛み合わせ、前記クラッチの回転数を変換する変速機と、
   前記変速機で目標とする変速段でのギヤ入れを開始してから、ギヤ入れが終了しない場合、車速に応じて、ギヤの入れ直しを前記変速機および前記クラッチに行わせる制御手段と、
   を有することを特徴とする変速システム。
2. 前記制御手段は、車速が所定速度以上の場合には、ギヤを中立位置に移動させ、前記クラッチを繋いだ後に前記クラッチを切って再度目標変速段に対するギヤ入れを行うことを特徴とする請求項１記載の変速システム。
3. 前記制御手段は、車速が所定速度未満の場合には、他の変速段でのギヤ入れを行った後に、再度目標変速段でのギヤ入れを行うことを特徴とする請求項１記載の変速システム。

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