JP2007139109A - 変速システム - Google Patents

Abstract

【課題】ギヤ抜き時に最大操作力を発揮できるような変速システムを提供する。
【解決手段】変速システム１は、ギヤ抜き時に、ギヤ係合位置３０３まではギヤの最大操作力を発揮できるようなシフトＤＵＴＹ３０５（駆動電圧のパルス幅比）を直接電動ＧＳＵ１０に指示し、ギヤ係合位置３０３を越えると、ＰＩＤ制御により求められたシフトＤＵＴＹ３０５を電動ＧＳＵ１０に指示する制御を行う。
なお、ギヤ抜き開始直後はシフトＤＵＴＹ３０５を一度にパルス状に一定値３０８として与えるのではなく、シフトＤＵＴＹ３０５が０の状態から一定の時間勾配３０６をもって徐々にシフトＤＵＴＹ３０５を上昇させるような制御を行う。
【選択図】図５

Description

本発明は、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ＥＣＵ（Electric Control Unit）と呼ばれるコンピュータが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。

このような自動変速機は、変速時には、ＥＣＵが目標シフトストロークを設定し、ギヤの実際のシフトストロークと目標シフトストロークとの差を元に算出した操作力をギヤに与えるようアクチュエータを制御している。

図６は、機械式自動変速機のギヤ抜き時のシフトストローク制御を示す図である。
図６に示すように、ギヤ抜き時には、ＥＣＵは、目標シフトストローク４０１としてニュートラル（中立）位置を設定し、ギヤの実際のシフトストローク４０２と目標シフトストローク４０１との差を元にＰＩＤ制御で算出したシフトＤＵＴＹ４０５をアクチュエータに指示することによってギヤ抜きを制御している。
従って、ギヤ抜き時は全工程がＰＩＤ制御区間４０７となる。

なお、シフトＤＵＴＹ４０５とは駆動電圧のパルス幅比のことであり、シフトＤＵＴＹ４０５を変化させることによってアクチュエータの操作力を制御することができる。
このような制御を行う変速システムとしては以下のようなものがある（特許文献１）。
特開２００５-１０６１６５号公報

しかしながら、このような変速システムでは、ギヤの現在位置とニュートラル位置との差を元に操作力が与えられるため、常にアクチュエータの最大操作力が与えられるわけではない。

即ち、ＰＩＤ制御ではギヤがニュートラル位置に近づくにつれて操作力が低下するため、ギヤ抜き力が不足するという問題があり、特にクラッチを繋いだ状態でギヤ抜きを行う、いわゆるクラッチコントロールレス制御の際に、この問題は顕著であった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的はギヤ抜き時に最大操作力を発揮できるような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、所定のギヤを噛み合わせ、前記エンジンの回転数を変換する変速機と、前記変速機のギヤを駆動するアクチュエータと、前記アクチュエータを制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記変速機が変速段から中立位置にギヤ抜きを行う際に、ギヤ抜き開始後、所定の位置に前記ギヤが移動するまでは所定のギヤ抜き操作力でギヤ抜きを行うよう前記アクチュエータを制御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、所定の位置に前記ギヤが移動した後は、ＰＩＤ制御により求められた操作力でギヤ抜きを行うよう前記アクチュエータを制御する。
前記所定の位置はギヤの係合位置である。
前記所定の操作力は前記アクチュエータの最大操作力であってもよい。
前記制御手段は、前記所定のギヤ抜き操作力でギヤ抜きを行うよう前記アクチュエータを制御する際、操作力が略０の状態から略一定の時間勾配で前記所定のギヤ抜き操作力になるように前記アクチュエータを制御してもよい。
前記エンジンの出力軸と、前記変速機の入力軸とが、前記ギヤ抜きを行う際にも常時連結されている。

本発明によれば、ギヤ抜き時に最大操作力を発揮できるため、ギヤ抜きが容易となる。

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、本実施形態に係る変速システム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ＥＣＵ１３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。
また、変速時は変速機ＥＣＵ１３がエンジン３の駆動も制御するため、燃料噴射量信号Ｓ７や、排気ブレーキ駆動指示信号Ｓ８をエンジンＥＣＵ１５に出力する。

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ほか、変速時は変速機ＥＣＵ１３から燃料噴射量信号Ｓ７が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を有し、２速歯車３５はギヤ歯部３９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上にはドグクラッチ６３がＡ方向及びＢ方向に移動可能に設けられ、ドグクラッチ６３にはドグ歯部６４ａ、６４ｂが設けられている。
ドグクラッチ６３にはセレクタ６５が設けられている。

ドグクラッチ６３はリング状の形状を有する部品であり、１速歯車３３もしくは２速歯車３５と締結することによって入力軸２３からの動力を出力軸３１に伝達する。
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、ドグクラッチ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、ギヤ入れ時およびギヤ抜き時の変速機９内の動作について、２速からニュートラルにギヤ抜き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２速時、図３（ｂ）はギヤ抜き時、図３（ｃ）はニュートラル時の動作を示す。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、ドグ歯部６４ａ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。

ドグ歯部６４ａも同様に、ドグ歯８５ａ、８５ｂを有し、各ドグ歯は傾斜部８５ｃ、８５ｄおよび、先端部８５ｅ、８５ｆを有している。
また、ギヤ歯部３９とドグ歯部６４ａとが噛み合っている際（図３ａ）に、不意に両歯部の噛み合いが抜けることを防止するため、各歯の側面８１ｇ、８１ｈ、８５ｇ、８５ｈは歯の先端に向かって広がるような傾斜面となっている。
なお、実際はギヤ歯部３９、ドグ歯部６４ａ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。

ギヤ抜きの際は、まず図３（ａ）の状態から、セレクタ６５がＢ方向に移動し、図３（ｂ）に示すようにドグクラッチ６３のドグ歯部６４ａを２速歯車３５のギヤ歯部３９から抜く方向に移動させる。

ここで、ドグ歯部６４ａのドグ歯８５ａ、８５ｂと、ギヤ歯部３９のドグ歯８１ａ、８１ｂは側面８５ｇ、８５ｈと側面８１ｇ、８１ｇが接触しながら、ドグ歯８５ａ、８５ｂはＢ方向に移動する。

図３（ｃ）に示すようにドグクラッチ６３が更にＢ方向に移動し、ドグ歯部６４ａのドグ歯８５ａ、８５ｂが、ギヤ歯部３９のドグ歯８１ａ、８１ｂとの噛み合いが解除されるとギヤ抜きは終了する。
これにより、入力軸１９の動力のドグクラッチ６３を介した出力軸３１への伝達が解除される。

なお、ギヤ入れ時は上記動作とは逆の動作を行う。
即ち、図３（ｃ）に示す状態からセレクタ６５がＡ方向に移動して、ドグクラッチ６３のドグ歯８５ａ、８５ｂを２速歯車３５のドグ歯８１ａ、８１ｂに噛み合わせ、図３（ｂ）に示す状態を経て図３（ａ）に示す２速位置までドグクラッチ６３が移動する。

次に本実施形態の動作について説明する。図４は変速システム１の動作を示すフローチャートであって、図５は図４におけるシフトストロークとシフトＤＵＴＹの経時変化を示す図である。
なお、本実施形態ではクラッチ５を繋いだ状態でギヤ抜きを行ういわゆるクラッチコントロールレス制御を前提にしている。

まず、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、変速が必要か否かを判断し、変速が必要であると判断すると次のステップに進む（ステップ２０１）。

エンジンＥＣＵ１５はエンジン３のトルクを制御する（ステップ２０２）。
具体的には、変速機ＥＣＵ１３が、エンジンＥＣＵ１５にエンジン３のトルクを制御するよう燃料噴射量信号Ｓ７を送信し、燃料噴射量信号Ｓ７を受信したエンジンＥＣＵ１５は、エンジン３にエンジン駆動信号Ｓ５を送信してギヤ歯部３９とドグ歯部６４ａとの間にかかるトルクを減少させるようにエンジントルクを制御する。

ギヤ歯部３９とドグ歯部６４ａとの間にかかるトルクが０になると、変速機ＥＣＵ１３は、セレクタ６５の目標シフトストローク３０１をニュートラル位置に設定する（ステップ２０３）。

変速機ＥＣＵ１３は、電動ＧＳＵ１０にＧＳＵモータ駆動信号Ｓ２を出力し、現行の変速段から目標シフトストローク３０１へのギヤ抜きを開始する（ステップ２０４）。
この際、変速機ＥＣＵ１３は、電動ＧＳＵ１０に与えるシフトＤＵＴＹ３０５を直接指示する。

即ち、変速機ＥＣＵ１３はシフトＤＵＴＹ３０５としてＲＯＭ９５に記憶された一定値３０８をＧＳＵモータ駆動信号Ｓ２として出力する。
この一定値３０８とは例えば電動ＧＳＵ１０が最大操作力を発揮するようなシフトＤＵＴＹである。このようなシフトＤＵＴＹを出力することにより、電動ＧＳＵ１０が最大操作力でギヤ抜きを行うことができ、ギヤ抜きが容易となる。
また、本実施例のように、クラッチ５をつないだ状態でギヤ抜きを行うクラッチコントルールレス制御の場合、ギヤ歯部３９にエンジン駆動力がギヤ抜きの際にも伝わっているので、ギヤ歯部３９の側面８１ｇ、８１ｈ、ドグ歯部６４ａの側面８５ｇ、８５ｈが歯の先端に向かって広がる形状も加わって、ギヤ抜きしにくい条件となっているが、電動ＧＳＵ１０が最大操作力となるので、その場合でもギヤ抜きが容易に行える。

なお、ギヤ抜き開始直後は、シフトＤＵＴＹ３０５を一度にパルス状に一定値３０８として与えるのではなく、シフトＤＵＴＹ３０５が略０の状態から一定の時間勾配３０６をもって徐々にシフトＤＵＴＹ３０５を上昇させるような制御を行う。
これは電動ＧＳＵ１０のモータに負荷がかからないようにするためである。なお、時間の計測はタイマ９７を用いる。

シフトＤＵＴＹ３０５が一定になると、変速機ＥＣＵ１３は、電動ＧＳＵ１０に出力するシフトＤＵＴＹ３０５を、一定値３０８に保持する（ステップ２０５）。

ここで、変速機ＥＣＵ１３はギヤポジション信号Ｓ６から、セレクタ６５の現在のシフトストローク３０２を読み取り、これがギヤ係合位置３０３以上であるか否かを判断し、ギヤ係合位置３０３以上である場合は次のステップに進み、ギヤ係合位置３０３以上でない場合はステップ２０５に戻る（ステップ２０６）。
なお、ギヤ係合位置３０３とは図３（ｂ）に示すようなギヤ位置のことであり、あらかじめＲＯＭ９５に記憶されている。

現在のシフトストローク３０２がギヤ係合位置３０３以上である場合、変速機ＥＣＵ１３は、ＰＩＤ制御により求められたシフトＤＵＴＹ３０５を電動ＧＳＵ１０に指示する（ステップ２０７）。

即ち、変速機ＥＣＵ１３はＲＯＭ９５に記憶されたＰＩＤ制御のプログラムに従ってシフトＤＵＴＹ３０５を算出し、この算出されたシフトＤＵＴＹ３０５をＧＳＵモータ駆動信号Ｓ２として出力する

これは、目標シフトストローク３０１が近くなると、シフトＤＵＴＹ３０５を小さくしなければ、セレクタ６５が目標シフトストローク３０１を越えてしまう恐れがあるからである。

セレクタ６５が目標シフトストローク３０１に到達するとギヤ抜きは終了する（ステップ２０８）。

以上のように、本実施形態ではステップ２０１〜２０６まではシフトＤＵＴＹ３０５を直接指示するＤＵＴＹ制御区間３０７となり、ステップ２０７〜２０８は、ＰＩＤ制御により算出されたシフトＤＵＴＹ３０５を指示するＰＩＤ制御区間３０９となる。

このように、本実施の形態によれば、変速システム１は、ギヤ抜き時にギヤ係合位置３０３までは直接シフトＤＵＴＹ３０５を電動ＧＳＵ１０に指示し、ギヤ係合位置３０３を越えるとＰＩＤ制御により求められたシフトＤＵＴＹ３０５を電動ＧＳＵ１０に指示する制御を行う。
従って、電動ＧＳＵ１０がギヤ抜き時に最大操作力を発揮することができ、ギヤ抜きが容易となる。

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。

例えば、本実施形態ではクラッチコントロールレス制御でギヤ抜きを行っているが、クラッチ５を制御してもよい。

変速システム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 変速システム１の動作を示すフローチャート 図４におけるシフトストロークとシフトＤＵＴＹの経時変化を示す図 ギヤ抜き時のシフトストローク制御を示す図

符号の説明

１…………変速システム
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
６３………ドグクラッチ
６４ａ……ドグ歯部
６５………セレクタ
８１ａ……ドグ歯
８１ｃ……傾斜部
８１ｅ……先端部
３０２……シフトストローク
３０３……ギヤ係合位置
３０５……シフトＤＵＴＹ

Claims (6)

1. エンジンと、
   所定のギヤを噛み合わせ、前記エンジンの回転数を変換する変速機と、
   前記変速機のギヤを駆動するアクチュエータと、
   前記アクチュエータを制御する制御手段と、
   を有し、
   前記制御手段は、前記変速機が変速段から中立位置にギヤ抜きを行う際に、ギヤ抜き開始後、所定の位置に前記ギヤが移動するまでは所定のギヤ抜き操作力でギヤ抜きを行うよう前記アクチュエータを制御することを特徴とする変速システム。
2. 前記制御手段は、所定の位置に前記ギヤが移動した後は、ＰＩＤ制御により求められた操作力でギヤ抜きを行うよう前記アクチュエータを制御することを特徴とする請求項１記載の変速システム。
3. 前記所定の位置はギヤの係合位置であることを特徴とする請求項１または２記載の変速システム。
4. 前記所定の操作力は前記アクチュエータの最大操作力であることを特徴とする請求項１記載の変速システム。
5. 前記制御手段は、前記所定のギヤ抜き操作力でギヤ抜きを行うよう前記アクチュエータを制御する際、操作力が略０の状態から略一定の時間勾配で前記所定のギヤ抜き操作力になるように前記アクチュエータを制御することを特徴とする請求項１記載の変速システム。
6. 前記エンジンの出力軸と、前記変速機の入力軸とが、前記ギヤ抜きを行う際にも常時連結されている事を特徴とする請求項１記載の変速システム。

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