JP2006522905A - トランスミッションアクチュエータおよびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】同期処理の速度を上げても関連した構成要素を破損させず、エンジンスピードを別々に制御しても、付加的な制御要件を引き起こすおそれのないアクチュエータを提供すること。
【解決手段】車両のトランスミッションシステムにおけるギヤシフトメカニズムを作動するアクチュエータであって、アクチュエータは、アクチュエータ本体（４０）との間で流体を移動させたりするための開口部（４３）を有する該アクチュエータ本体（４０）と、該流体によって動作可能な、アクチュエータ本体内部の作動部材（４２）と、該流体の圧力と該流体の流量をそれぞれ制御操作可能な制御装置（４１０，４１６）と、を含む。

Description

本発明は、駆動トランスミッション、特に、油圧で作動するシフトレールを含む駆動トランスミッションに関する。

駆動トランスミッションの１つの公知の形は、デュアルクラッチトランスミッション（例えばアウディＴＴにおいて使用されるＤＳＧトランスミッション）である。一般的なデュアルクラッチトランスミッションは、図１において図式的に示される。車両システムにおいて、エンジン１２からの駆動は、一般に１４で示されるデュアルクラッチトランスミッションを経て、車輪（図示せず）に連結される。トランスミッション１４は、第１のクラッチ１８および第２のクラッチ２０、および、これらクラッチそれぞれの第１のインプットシャフト２２および第２のインプットシャフト２４を含む。インプットシャフト２２および２４は、それぞれの第１のギヤセット２６および第２のギヤセット２８を支持する。図示される実施例において、第１のギヤセット２６はギヤ１、３、５および７（図式的に示される）を支持し、第２のギヤセット２８は逆にギヤ、２、４および６（図式的に示される）を支持する。一方または両方のギヤセット２６，２８のギヤは、アウトプットシャフト３２上のアウトプットギヤセット３０に対応するギヤに選択的に係合可能であり、アウトプットシャフト３２は、適切な中間結合によって車両車輪に連結される。図示される構成は単純化されているが、実際には、同じ主軸で動作するにもかかわらず、その構成はより複雑である場合があるということはいうまでもない。例えば、クラッチ１８，２０を、同軸状に取り付けることができる。

例えば車両が５速ギヤで動作する場合において、ギヤセット２６は、アウトプットシャフト３２上のギヤセット３０に関連するギヤに係合するが、このギヤセット２６に関連するギヤを用いて、第１のクラッチ１８はエンジン１２に完全に係合される。第２のクラッチ２０は、エンジン１２から完全に離されるが、ギヤセット２８のギヤおよび第２のインプットシャフト２４のギヤによって、アウトプットシャフト３２に係合することができる。（例えば４速に）ギヤシフトが必要とされ、第２のインプットシャフト２４上の必要なギヤがアウトプットシャフト３２にまだ係合されていない場合、エンジンから離れた状態の第２のクラッチ２０によって、第２のギヤセット２８の適切なギヤは、アウトプットギヤセット３０に関連するギヤに同期され、そして、クラッチ２０が自由に回転し、エンジン速度と同期しないように係合される。５速ギヤから４速ギヤへのシフトダウンにおいて、第２のクラッチ２０は一般的にエンジン速度より高速で回転している。したがって、エンジン速度を第２のクラッチ２０の速度に同期するように、エンジン速度が上昇してスリッピングが始まるまで第１のクラッチ１８は離される。エンジン速度が第２のクラッチ２０の速度に達すると、第２のクラッチ２０は係合され、第１のクラッチ１８が離される。

図１に関して説明されるように、インプットシャフト２２，２４は各ギヤセット２６，２８のために備えられる。シフトレール３４はニュートラルポジションと係合ポジションの間でセレクターフォーク３６を移動するために備えられる。係合ポジションにおいては、同期クラッチ３８がインプットシャフト上のギヤ（アウトプットギヤセット３０のギヤに既に係合している）に係合するように動かされる。セレクターフォーク３６を移動するためには、作動油を導管の中に流して、シフトレール３４に接続される付随のアクチュエータ４０を作動させる。したがって、付随のセレクターフォーク３６を必要に応じて移動させ、付随の同期クラッチ３８をインプットシャフト上のギヤに係合するよう移動させることができる。

トランスミッションの別の公知のタイプは、オートメーテッドマニュアルトランスミッション（ＡＭＴ）、例えば、商標名「ＳｅｌｅｓｐｅｅｄＴＭ」の名称でアルファロメオ社（商標名）によって販売されているタイプのものである。ＡＭＴにおいて、単一のクラッチと付随のギヤは、出力ギヤパックに連結される。クラッチが離れてギヤチェンジされるとき、新しいギヤが同期して、クラッチは再び係合する。ＡＭＴに関する課題は、ギヤチェンジの間、ギヤが再び係合するときのエンジンスピードへの急速な変化同様、深刻なトルク遮断が存在するということである。これらの課題を解決するために、以前の方法は、同期処理の速度を上げる、あるいは、エンジンスピードを別々に制御していた。

同期処理の速度を上げると、関連した構成要素を破損するおそれがあり、エンジンスピードを別々に制御すると、付加的な制御要件を引き起こすおそれがあった。
一般的に、油圧装置はシフトレールの移動を行うために使用される。そして、各油圧回路は電気作動式油圧スプールバルブによって制御される。

本発明は、同期処理の速度を上げても関連した構成要素を破損させず、エンジンスピードを別々に制御しても、付加的な制御要件を引き起こすおそれのないアクチュエータを提供することを目的とする。

本発明は、添付の請求の範囲において定められる。したがって、ギヤ選択アクチュエータとの間の圧力および流量の割合を制御することができる油圧回路が備えられる。
本発明は、以下の添付図面に関して例証のみを詳細に説明される。

車両は、リバースおよび一般的に１速、２速、３速、４速の少なくとも４つのギヤを含む複数のギヤを一般的に有する。後述する実施形態においては、リバース、１速、２速、３速、４速、５速、６速、７速のギヤを備える８つのスピードギヤボックスについて記述される。

図示されるトランスミッションシステムにおいて、ギヤの異なるセットは、必要とされる様々なギヤ比を実現するために、アウトプットシャフトにロックされたり、アンロックされたりする。ギヤのロックおよびアンロックは、セレクターフォーク３６を移動することによって実行される。セレクターフォーク３６を移動するために、作動油を導管の中に通してアクチュエータ４０を作動させる。これにより、セレクターフォーク３６を必要に応じて移動することができる。各セレクターフォーク３６は、トランスミッションの中のシフトレール３４に機械的に接続されるピストンを有する複動式アクチュエータ４０（図２にアクチュエータ４０２、４０４、４０６、４０８としてさらに詳細に図示）によって制御される。レール３４は、ギヤをロックおよびアンロックするため、キー溝が形成されたセレクタリング３８を動作させるギヤ選択フォーク３６を支持する。アクチュエータピストンがニュートラルポジションにおいて作動するとき、アクチュエータは、レール上の両方のギヤ（どちらもロックされていない）から等距離であるように、シフトレールおよびアクチュエータが配置される。選択フォークの位置は線形変位センサによって監視され、線形変位センサは制御システムへのフィードバックループを形成する。

図２は、シフトレールの動作を制御するために使用される、本発明の回路の構成図である。図２で図示した実施例は、リバース、１速、２速、３速、４速、５速、６速、７速の８つのギヤを有する。これらは、１組ずつ備えられる。図示される実施形態では、以下のギヤの組、すなわち、１速ギヤと３速ギヤ用のアクチュエータ４０２と、４速ギヤと６速ギヤ用のアクチュエータ４０４と、リバースギヤと２速ギヤ用のアクチュエータ４０６と、５速ギヤと７速ギヤ用のアクチュエータ４０８とを備える。

各アクチュエータは、これに関連する１対の流量制御バルブ４１０を有する。図２において、４１０_１は、１速の”ギヤ入ル”側に伴う流量制御バルブを示し、４１０_２は、２速の”ギヤ入ル”側に伴う流量制御バルブ、そして以下同様に示す。これらのバルブは、一般的に電気作動式油圧スプールバルブという形式である。バルブ４１０を行き来する作動油の圧力および流量は、付随するアクチュエータが移動するときの力および速度をそれぞれ制御する。アクチュエータの移動方向は、流量制御バルブの関連する対を流れる流体の制御方向に依存する。

バルブ４１０は、圧力制御バルブ４１６によって作動油で満たされ、流量制御入力４１４によって制御される。圧力制御バルブ４１６は、バルブ４１０に満たされる作動油の圧力を調整する。各流量制御バルブ４１０の制御入力４１４は、アクチュエータのチャンバへの作動油の流量の割合を制御する。流量制御バルブ４１０および圧力制御バルブ４１６は、マイクロプロセッサなどの制御装置４２０によって制御される。（説明を簡単にするため、流量制御バルブ４１０のいくつかの流量制御入力４１４は、実際には接続されるのであるが、制御装置４２０に接続されないとして図示される。）制御装置４２０は、トランスミッションまたは車両の他の機能を全体として制御するためにも使用される。

ギヤチェンジは、制御装置４２０によって制御される。制御装置４２０は、多くの要素（例えば、エンジン速度（ｒｐｍ）、エンジントルク、走行地形など）に反応して、ギヤチェンジが必要である、と判断できる。

図３には、更に詳細にアクチュエータ構成が示される。アクチュエータ４０２のみ図示されるが、他のアクチュエータ４０４、４０６、４０８は同様の方法で配置されるということは、言うまでもない。各アクチュエータは、ピストンの形で、アクチュエータ本体４１および作動部材４２を含む。ピストンは、シフトレール３４に接続される。図示されるアクチュエータは複動式のアクチュエータであり、すなわち、このアクチュエータは、アクチュエータ本体４１の互いに反対の位置にある端部に、アクチュエータ本体を行き来する流体に対する開口部４３を有する。図３で示されるように、開口部４３の１つは、アクチュエータの右側にあり、もう一つは、アクチュエータの左側にある。ギヤ作動部材４２を移動可能にするために、アクチュエータ４０２，４０４、４０６，４０８の各開口部４３に、制御ポート４４経由で、３方向／２位置に比例する流量制御ソレノイドスプールバルブ４１０が接続される。流量制御バルブ４１０の各供給圧力ポート４６は、３方向／２位置に比例する圧力制御ソレノイドスプールバルブ４１６の制御ポートに接続される。このバルブ４１６の供給圧力ポートは、ポンプおよびアキュムレータから成る油圧供給４１８に接続される。各流量制御バルブ４１０の電気制御入力４１４は、マイクロプロセッサ４２０に接続される。

比例流量制御バルブ４１０は、バルブ４１０のソレノイドに流れる電流に基づいて、制御ポート４４から（アクチュエータの「排水」側における）排水ポート４７への流量の割合、または、圧力ポート４６から（アクチュエータの「ギヤ入ル」側における）制御ポート４４への流量の割合を調節する。これは、作動部材４２の速度および移動方向に影響を及ぼす。他の液体またはガスが使用される場合もあるが、流体は一般的に油である。

比例圧力制御バルブ４１６は、圧力制御バルブ４１６のソレノイドに流れる電流に応じて、その制御ポート（そして、流量制御バルブ４１０の圧力ポート４６の圧力）における流体の圧力を調整する。これは、作動部材４２に加えられる力に影響を及ぼす。

ギヤ選択アクチュエータの動作を可能にするため、バルブ４１０，４１６の各バルブは、所望の速度および力を得るように適切な方法で作動される。この方法は、圧力制御バルブ４１６が供給圧力とアクチュエータピストンによって発生する力を調整しながら、アクチュエータの動作方向を判断するために流量制御バルブ４１０を使用して実施される。アクチュエータの速度は、アクチュエータの制御ポートとタンクポート間の流量を制御するアクチュエータの排水側の流量制御バルブを用いて調整することが可能である。

トランスミッションの同期されたギヤの素早い選択（ロック）を可能にするために、アクチュエータの「ギヤ入ル」側の流量制御バルブ４１０を配置することによって、作動部材４２（および、選択レール）は、ニュートラルポジション（つまり、両方のギヤが離れた状態）からギヤの方へ移動される。このとき、アクチュエータはポートを制御するために、アクチュエータの圧力ポートから制御ポートへの最大流量を扱うことができる状態にある。そして、アクチュエータの「排水」側の流量制御バルブ４１０は、アクチュエータの制御ポートとタンクポートの間の流量を制御することによって、アクチュエータからの流量を調節することができる状態にある。

ギヤセットのギヤに係合する、１速ギヤ２６または２速ギヤ２８の同期クラッチ３８を動作させるために、適切なアクチュエータが作動される。これによって、付随するシフトレール３４を移動し、選択フォーク３６と付随する同期クラッチ３８が移動される。

明らかに、同期クラッチ３８は、できるだけ急速に、また、できるだけ滑らかに係合位置に移動する必要がある。好ましい実施例において、シーケンシャルギヤは、異なるシフトレール上に備えられる。これは、トランスミッションが、インプットシャフト上のギヤから同一インプットシャフト上の別のギヤへ直接移動する必要がないことを意味する。これは、滑らかな移動を補助する。理想的なギヤシフトは、滑らかで急速なものである。各ギヤチェンジにおいて、係合ギヤと同期クラッチ３８の歯は、最も滑らかな方法で係合する状態にする必要がある。明らかにギヤがその時点で回転しているので、これは精巧で正確な動作であろう。

アクチュエータの位置プロファイルの実施例は、図４において示される。図４（ａ）はギヤＡに係合する動作するときのセレクターフォーク３６の位置プロファイルを示し、図４（ｂ）はギヤＡから離れる動作するときのセレクターフォーク３６の位置プロファイルを示す。図５はギヤＡに関連する圧力／流量プロファイルを示す。図５（ａ）はギヤＡに係合するときの圧力／流量プロファイルを示し、図５（ｂ）はギヤＡから離れるときの圧力／流量プロファイルを示す。圧力特性はグラフにおいてＰで図示され、流量要求特性はグラフにおいてＦで図示される。図５（ａ）は時間に対する圧力と流量プロファイルの実施例を示す。あるいは、セレクターフォークの位置に対する圧力と流量プロファイルを格納してもよい。分離した圧力と流量プロファイルを、各ギヤに対して格納してもよい。

図４（ａ）と５（ａ）を参照して、圧力制御バルブ４１６は、最初に、（１）プロファイルＰに従って、アクチュエータ部材４２、結果的に、選択レール３４を、選択されるギヤの方へ加速させるように調整される。「ギヤ入ル」流量制御バルブ（４１０）は、実際の全ギヤの選択において、制御ポートの流れに対して最大圧力をかけるように調整される。アクチュエータの「排水」側上の流量制御バルブもまた、プロファイルＦに従ってアクチュエータを加速するために調整される。アクチュエータが、同期クラッチ３８がギヤに係合する変位（Ａ）に達すると、圧力は、圧力制御バルブ４１６によって減少され、（２）そして、アクチュエータを急速に減速することができるように、アクチュエータの「排水」側の流量制御バルブ４１０は、流出量を制限する。このような方法で、トランスミッションのアウトプットシャフトトルク上の同期クラッチの動作の影響は最小となる。同期クラッチ３８がギヤに係合すると、（３）アクチュエータは同期クラッチブロッカの作用によって、それ以上動作しなくなる。この時点で、同期が起こるように、圧力制御バルブ４１６には、図示されるグラフ線のように、ゆっくりと上昇する圧力がかけられる（３）。この間に、排水側流量制御バルブ４１０は、制御ポートからタンクポートへの最大流量を許容するように調整される（３）。同期時（Ｓ）には、シンクロナイザブロッカは解放され、アクチュエータは再び自由に動作することができる。アクチュエータは、圧力制御バルブ４１６から圧力増加命令によって加速され（４）、流量制御バルブ４１０によってアクチュエータの「排水」側で調節される。アクチュエータが、ギヤの完全な係合位置（Ｂ）に達すると（５）、圧力制御バルブ４１６の調整された圧力以下にまで減少し（５）、および、流量制御バルブ４１０によってアクチュエータの「排水」側の流出量が制限されることによって、アクチュエータは減速される。

ギヤチェンジの必要があり、どのギヤに係合するのかを制御装置４２０が判断すると、制御装置４２０は、係合するギヤのために流量／圧力プロファイルを検索する。制御装置は、信号を適切な圧力制御バルブ４１６に送信する。これにより、次々と、適切な流量制御バルブ４１０に制御圧を供給し、付随するアクチュエータに加えられる流体の圧力を供給する。バルブ４１０を流れる、付随するアクチュエータへ出入りする作動油のフロー率を制御するために、制御信号も、また、制御装置４２０から流量調節器４１０の制御入力４１４へ送られる。

これは、２速から４速へのギヤ変更の実施例として例示することができる。２速ギヤにおいて、第２のギヤセット２８のギヤは、アウトプットギヤセット３０のギヤに係合される。制御装置４２０が２速から４速へのギヤチェンの必要があると判断すると、制御装置４２０は４速ギヤ用のギヤプロファイルにアクセスする。そして、プロファイルから読み込まれるデータに応じて、圧力制御バルブ４１６と４速ギヤ用のアクチュエータ４０４の制御入力４１４に制御信号を送信する。これに応答して、圧力制御バルブ４１６が、４速ギヤプロファイルに設定されるように、４速ギヤに対する流量制御バルブ４１０_４に加えられる作動油の圧力を設定すると、制御装置４１４は、４速ギヤのアクチュエータ４１０_４の作動油の流量を設定する。４速ギヤの位置が変わるにつれて、制御装置４１６、４１４に対する制御信号は、プロファイルに基づいて変わる。

図４（ｂ）と５（ｂ）は、ギヤ離脱時のアクチュエータの変位と圧力／流量プロファイルそれぞれの実施例を示す。ギヤ離脱の場合、プロファイルＰに従って命令が圧力制御バルブ４１６に送信され、そして、プロファイルＦに従ってある命令が圧力ポートから制御ポートまで送られるように、別の命令がアクチュエータに付随する両方の流量制御バルブ（つまり、別のアクチュエータ４０２と関連するフローバブル４１０_１、４１０_３）に送信される。その結果、アクチュエータはニュートラルの方へ加速する。

作動部材がニュートラルポジションに近づくにつれて、アクチュエータは、圧力制御バルブ４１６の制御圧力を減らし、両方の流量制御バルブ４１０へ流量を減らすことによって遅くなる（７）。このようにして、ニュートラルポジションにおいて急に止まるアクチュエータピストンから生じる、深刻な機械騒音は軽減される。

前述の明細書において、本発明は、本発明の特定の実施例に関して記載される。しかしながら、さまざまな変更態様と改変が、より広い本発明の思想と範囲から逸脱することなく、本発明に対してなされることができることは、明白である。したがって、明細書および図面は、制限的な意味より実例的な意味において認められる。

例えば、本発明は、図面（つまり、ＡＭＴの図面）に関する記載の他に、ギヤボックス技術に応用することができる。

公知のデュアルクラッチトランスミッションの構成図である。 本発明に従ってギヤの動作を制御する油圧制御システムの構成図である。 図２の油圧制御システムのより詳細な構成図である。 （ａ）は実施例のギヤＡに係合するときのギヤの変位／時間プロファイルであり、（ｂ）は実施例のギヤＡから離れるときのギヤの変位／時間プロファイルである。 （ａ）は実施例のギヤＡに係合するときの時間と圧力／流量とのプロファイルであり、（ｂ）は実施例のギヤＡから離れるときの時間と圧力／流量とのプロファイルである。

Claims (12)

1. 車両のトランスミッションシステムにおけるギヤシフトメカニズムを駆動するアクチュエータであって、
   流体を流入および流出するための開口部を有するアクチュエータ本体と、
   該アクチュエータ本体内部に設けられ該流体によって動作可能な作動部材と、
   該流体の圧力および該流体の流量をそれぞれ操作可能な制御装置と、を含むアクチュエータ。
2. 前記制御装置は、前記アクチュエータ本体に対する前記流体の流出量および流入量を調節する比例流量制御バルブを含む、請求項１記載のアクチュエータ。
3. 前記制御装置は、前記アクチュエータ本体に対する前記流体の流出圧力および流入圧力を調節する比例圧力制御バルブを含む、請求項１または２に記載のアクチュエータ。
4. 前記制御装置は、前記作動部材の位置に関連して予め規定された圧力プロファイルに基づいて、前記流体の圧力を制御可能である、請求項１から３のいずれかに記載のアクチュエータ。
5. 前記制御装置が前記作動部材の位置に関連して予め規定された流量プロファイルに基づいて、前記流体の流量を制御可能である、請求項１から４のいずれかに記載のアクチュエータ。
6. 前記制御装置は、電流信号によって、前記圧力および前記流量のうちの少なくとも１つを制御可能である、請求項１から５のいずれかに記載のアクチュエータ。
7. アクチュエータが油圧運転式のアクチュエータである、請求項１〜６に記載のアクチュエータ。
8. 車両のトランスミッションシステムにおけるギヤシフトメカニズムを駆動するためのアクチュエータを制御する方法であって、
   該アクチュエータは、流体を流入および流出するための開口部を有するアクチュエータ本体と、該アクチュエータ本体内部に設けられた作動部材と、を含み、
   該流体の圧力および流体の流量をそれぞれ独立して制御する、を含む方法。
9. 前記作動部材の位置に関連して予め規定された圧力プロファイルに基づいて、前記流体の圧力を制御することを含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記作動部材の位置に関連して予め規定された流量プロファイルに基づいて、前記流体の流量を制御することを含む、請求項８または９に記載の方法。
11. 電流信号によって前記圧力および前記流量のうちの少なくとも１つを制御すること含む、請求項８から１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記流体は液体である、請求項８から１１のいずれかに記載の方法。

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