JP2008002568A - シフトバイワイヤシステムのフェールセーフ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 コストを抑制しつつ、小型化でき、フェール時の操作性を向上させることができるシフトバイワイヤシステムのフェールセーフ構造を提供すること。
【解決手段】 アクチュエータ部３と制御アーム７１を接続して切換動作伝達系となるコントロールケーブル６を設け、アクチュエータ部３は、モータ３１の出力を減速して伝達する減速部４を備え、モータ３１の出力軸３１１にモータ３１の後端で回転操作を行う操作ハンドル５を設け、フェール時には操作ハンドル５の操作によりコントロールケーブル６を介してレンジ切り換えを手動で行うようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シフトバイワイヤシステムのフェールセーフ構造の技術分野に属する。

従来では、セレクトスイッチからの信号によりレンジ切り換えを行うシフトバイワイヤシステムにおいて、コンソールに伸縮可能なセレクトレバーを設け、このセレクトレバーをバッテリー上がり時やフェール時に操作している（例えば、特許文献１参照。）。なお、このセレクトレバーはアクチュエータがレンジ切り換えのために回転させるウォームホイールに設けられている。

また、融通機構を、電気モータの駆動による切替えバルブの操作時には手動操作手段に操作部の動きを伝えず、かつ手動操作手段の操作に基づきシフトレンジ操作部を操作可能に構成し、手動操作手段を融通機構を介して機械的にシフトレンジ操作部に連動させ、電気モータが機能しない場合に操作している（例えば、特許文献２参照。）。

また、この開口部を覆うかばー部材を設けているものもある（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００４−２３０９５２号公報（第２−１０頁、全図） 特開２００２−３２７８４３号公報（第２−１３頁、全図）

しかしながら、従来のシフトバイワイヤシステムのフェール構造にあって、手動操作手段を融通機構を介して機械的にシフトレンジ操作部に連動させたものは、バッテリーあがり時やフェール時に操作するためにセレクトレバーが必要であり、ウォームホイール側から操作する構造で操作力が高くなるため、セレクトレバーを伸ばす機構が必要であり価格が高くなる問題があった。

また、フェール時にウォームホイール側を回転させるためにはウォームギヤがセルフロックしない角度になるようウォームギヤのねじれ角が大きくなり、２条や３条にしなくてはならない。よって、必要な減速比にするにはウォームホイールの半径が大きくなるため、アクチュエータが大型化する問題があった。

また、融通機構を、電気モータの駆動による切替えバルブの操作時には手動操作手段に操作部の動きを伝えず、かつ手動操作手段の操作に基づきシフトレンジ操作部を操作可能に構成し、手動操作手段を融通機構を介して機械的にシフトレンジ操作部に連動させるものは、電磁クラッチ、手動操作手段等、の構造が複雑で価格が高くなっており、手動操作手段による操作はＰ→Ｎ方向であり、Ｎ→Ｐ方向の操作ができないものであり問題であった。

本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、
コストを抑制しつつ、小型化でき、フェール時の操作性を向上させることができるシフトバイワイヤシステムのフェールセーフ構造を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、ドライバにより操作されるセレクト入力手段の信号に応じて自動変速機のレンジ切換装置を駆動するアクチュエータ部を備えたシフトバイワイヤシステムにおいて、前記アクチュエータ部と前記レンジ切換装置を接続して切換動作伝達系となるケーブルを設け、前記アクチュエータ部は、モータの出力を減速して伝達する減速機構を備え、前記モータの出力軸にモータ後端で回転操作を行うための操作ハンドルを設け、フェール時には前記ハンドルの操作により前記ケーブルを介してレンジ切り換えを手動で行うようにした、ことを特徴とする。

よって、本発明にあっては、コストを抑制しつつ、小型化でき、フェール時の操作性を向上させることができる。

以下、本発明のシフトバイワイヤシステムのフェールセーフ構造を実現する実施の形態を、請求項１，２，３に係る発明に対応する実施例１と、実施例２と、実施例３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のシフトバイワイヤシステムのフェールセーフ構造の説明図である。図２は実施例１のシフトバイワイヤシステムのフェールセーフ構造のアクチュエータ部の構造説明のための側面断面図である。図３は実施例１のシフトバイワイヤシステムのフェールセーフ構造のアクチュエータ部の構造説明のための上面断面図である。図４は実施例１のシフトバイワイヤシステムのフェールセーフ構造のアクチュエータ部の上面図である。図５は実施例１のシフトバイワイヤシステムのフェールセーフ構造の配置例を示す説明図である。

実施例１のシフトバイワイヤシステムは、セレクト操作装置部１、コントローラ２、アクチュエータ部３、操作ハンドル５、コントロールケーブル６、自動変速機７を主要な構成としている。
セレクト操作装置部１は、セレクト操作部１１と操作検出部１２からなる。
セレクト操作部１１は、切り換えたいセレクトポジションに操作を行うレバーを備えるものである。このセレクト操作部１１は、スイッチであってもよい。
操作検出部１２は、セレクト操作部１１への操作入力により、どのポジションがセレクトされたかを検出し、コントローラ２へ出力を行う。

コントローラ２は、操作検出部１２からの入力と、位置センサ３３からの入力より、操作検出部１２で検出されたセレクトポジションに、位置センサ３３で検出される自動変速機７のシフトポジションが一致するように、アクチュエータ部３のモータ３１を駆動制御する。

アクチュエータ部３は、図２〜図４に示すように、モータ３１、スライドアーム３２、位置センサ３３、送りねじ軸３４、ベアリング３５，３６、ケース３７、スライダ３８、減速部４、操作ハンドル５を主要な構成としている。
モータ３１は、コントローラ２の制御により、出力軸３１１へ回転出力する。
スライドアーム３２は、コ字状の両側の片持状先端部分をスライダ３８の両側に取り付けるようにし、コ字状の中央部分に片持状部分を設けてコントロールケーブル６の一端を取り付けるようにする。

位置センサ３３は、スライダ３８が位置センサ３３の検出部３３１と係合し、検出部３３１が直線的に移動させられ、この検出部３３１の移動位置を検出する。例として、検出部３３１の一部が電極として、移動範囲に設けられた抵抗体と接触し、抵抗値の変化を検出するものを挙げておく。

送りねじ軸３４は、両端をベアリング３５，３６で軸支され、外周に送りねじを形成したものである。また、ベアリング３６で軸支される一端には、例えば、一部切り欠いた穴を設け、この穴にモータ３１の出力軸３１１を挿入して係合させる。この係合は、出力軸３１１に送りねじ軸３４と同様に一部切り欠いた部分を設けて、係合させることが望ましい。

ベアリング３５，３６は、ケース３７で外周を支持され、送りねじ軸３４の両端を回転自在に軸支する。
ケース３７は、スライダ３８や位置センサ３３、送りねじ軸３４等の係合部分を覆って保護する構成である。このケース３７の一部には、貫通した穴部を設け、この穴部の一方にモータ３１が取り付けられ、この穴部に出力軸３１１を挿入し、内部で送りねじ軸３４を軸支する構造にする。
また、ケース３７の両側の側部には、スライドアーム３２のコ字状の両端がスライド可能なように支持する溝部３７１を図４に示すように設ける。

スライダ３８は、内部に貫通しためねじ部を設けて、送りねじ軸３４と係合させ、送りねじ軸３４が貫通するようにし、送りねじ軸３４の回転で軸方向に移動するようにし、両側には突出部分３８１を設けてスライドアーム部３２と取り付けて一体として移動する構成の移動体である。さらに、上部には、位置センサ３３の検出部３３１との係合部を設けて、係合させ、検出部３３１と一体的に移動させる。

減速部４は、送りねじ軸３４とスライダ３８で構成される。高回転のモータ３１に対して、送りねじ軸３４とスライダ３８のめねじ部により、回転を直線運動へ変換することで、実質的に減速させる。

操作ハンドル５は、環状の持ち手部分の途中に球状の滑り止めが複数設けられた形状であり、モータ３１の出力軸３１１の送りねじ軸３４と係合する側と反対側に軸を延長するようにし、この軸に取り付けるようにする。
なお、モータ３１の操作ハンドル５を取り付ける軸は、実施例１では、おなじ軸とするが、途中で分かれた同軸のものでもよい。

コントロールケーブル６は、図１に示すように、アクチュエータ部３のスライドアーム３２と自動変速機７の制御アーム７１を接続するプッシュプルが可能なケーブルである。
自動変速機７は、レンジポジションの切り換えを行う油圧制御をするマニュアルバルブを駆動させる制御アーム７１を外部に備えている。この制御アーム７１にコントロールケーブル６の一端が取り付けられることで、レンジポジションがアクチュエータ部３により制御されることになる。実施例１では、自動変速機７は、シフトバイワイヤシステム特有の構造を要求されない。既存のものをそのまま使用できる。

次に、図５を参照して、実施例１のシフトバイワイヤシステムのフェールセーフ構造の配置例について説明する。
実施例１のシフトバイワイヤシステムでは、上記説明のように、自動変速機７に特有の構造や構造の追加を要求しないため、エンジンルームでの占有スペースを抑制している。図５に示すように、セレクト操作装置部１、コントローラ２、アクチュエータ部３は、エンジンルームとは隔たれた、インストルメントパネル内部に設けられ、エンジンルームの自動変速機７とはコントロールケーブル６により接続される。

次に、自動変速機７のディテント構造について説明する。
図６は、自動変速機７のディテント構造を示す斜視図である。
制御アーム７１には回転シャフト７２が設けられ、この回転シャフト７２にディテントプレート７３が支持されている。ディテントプレート７３の上端には、カム山７３ａの間に５つのレンジ（Ｐ・Ｒ・Ｎ・Ｄ・Ｌ）に対応した谷部７３ｂが形成されている。そして、この谷部７３ｂにバネ板７４の先端に形成されたディテントピン７５を係合させ、選択されたセレクト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、モータ３１の駆動力により回転シャフト７２が回動し、この回動に応じてディテントプレート７３がディテントピン７５に対して相対移動する。このとき、ディテントピン７５がカム山７３ａを乗り越えて隣のレンジに対応した谷部７３ｂと係合し、係合状態がバネ板７４の弾性力により保持される。この弾性力がセレクト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７３には、パーキングロッド７６の一端が回動自在に連結されている。このパーキングロッド７６は、レンジポジションをＰレンジに移動させたとき、カム状プレート７７を介してパーキングギア７８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、パーキングロッド７６を咬む力として作用する。

次に作用を説明する。
[シフトバイワイヤシステム]
実施例１のシフトバイワイヤシステムについて説明する。
例えば、ドライバがセレクト操作部１１を操作して、連続的にあるいはスイッチによる択一的に切り換えたいセレクトポジションを入力すると、セレクトポジジョンが操作検出部１２により検出され、コントローラ２へ出力される。

また、位置センサ３３では、スライダ３８とともに移動する検出部３３１の位置の変位が、基準位置（例えばＰレンジ相当位置）からの変位量として検出され、コントローラ２へ出力される。

よって、コントローラ２は、セレクトポジションの入力があった場合に、位置センサ３３からのレンジポジションと比較し、異なる場合には、レンジポジションがセレクトポジションと一致するようアクチュエータ部３のモータ３１を駆動する。モータ３１の駆動力は、送りねじ軸３４、スライダ３８のめねじ部で直線運動に変換されるとともに、減速され、スライドアーム３２をケース３７に対して、伸長、収縮するがごとく直線運動を行い、位置を変位させてコントロールケーブル６のプッシュプル動作を行う。
これにより、自動変速機７の制御アーム７１を回転動作させ、図示しないマニュアルバルブを動作させることによりレンジポジションの切り換えを行う。

［自動変速機の操作反力特性］
図７は、Ｐ→Ｒレンジ方向におけるモータ３１の出力軸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、出力軸における操作反力[N]を作動位置（ストローク角度）と対比させたものである。

また、モータ３１の出力軸における操作反力は、上述した自動変速機７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６の摩擦力、電動モータのイナーシャ等を合成したものである。よって、モータ３１によるレンジ切り換えは、この操作反力以上の駆動力が必要となる。

図７に示すように、Ｐ→Ｒレンジ方向に操作したときに発生する操作反力は、各レンジ間において、初めにモータ３１の駆動方向と逆方向（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７５が、カム山７３ａ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７５がカム山７３ａを乗り越えるまでは、バネ板７４を付勢する図示しないバネの付勢力により抵抗力が発生し、ディテントピン７５がカム山７３ａを乗り越えた後は、ディテントピン７５が次のカム山７３ａの溝又は溝７３ｂに落ち込んで引き込み力が発生するためである。

[フェール時のハンドル操作]
実施例１のシフトバイワイヤシステムにおいて、バッテリーあがりや、配線のショートや断線、コントローラ２の異常、モータ３１や位置センサ３３の異常などが発生すると、セレクト操作装置部１の操作が自動変速機７に反映されない異常な状態となる。

その際には、インストルメントパネル８の内部に位置する操作ハンドル５を、回転させることによりレンジポジションの切り換えを行う。
この際には、例えば（Ｐ・Ｒ・Ｎ・Ｄ・Ｌ）を連続的に移動するようにして、レンジポジションを切り換えることになる。つまり、ＰレンジポジションからＬレンジポジションへ操作ハンドル５を回転させて切り換える場合、Ｒ・Ｎ・Ｄを必ず通過しなくてはならない。この制約はあるが、いずれのレンジポジションからでも切り換えが可能であり、いずれのポジションへも切り換えが可能である。

なお、この操作ハンドル５によるレンジ切り換えの際には、メータ等に設けられているインジケーターを確認しながら行うのが容易な操作となる。
また、この操作ハンドル５によりレンジ切り換えは、送りねじ軸３４、スライダ３８のめねじ部による減速部４を介したモータ３１側で行われるため、操作が軽くて済む。

このように実施例１では、シフトバイワイヤシステムのフェールセーフ構造として操作ハンドル５をモータ３１の後端に設けるのみでコストを抑制した構造で、バイワイヤが本質的に持つ、フェール時への対処としての配線やコントローラ、センサ等を複数系にしなければならないという問題を解決している。

次に、効果を説明する。
実施例１のシフトバイワイヤシステムのフェールセーフ構造にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1)ドライバにより操作されるセレクト操作装置部１の信号に応じて自動変速機７の制御アーム７１を駆動するアクチュエータ部３を備えたシフトバイワイヤシステムにおいて、アクチュエータ部３と制御アーム７１を接続して切換動作伝達系となるコントロールケーブル６を設け、アクチュエータ部３は、モータ３１の出力を減速して伝達する減速部４を備え、モータ３１の出力軸３１１にモータ３１の後端で回転操作を行う操作ハンドル５を設け、フェール時には操作ハンドル５の操作によりコントロールケーブル６を介してレンジ切り換えを手動で行うようにしたため、コストを抑制しつつ、小型化でき、フェール時の操作性を向上させることができる。

(2)減速部４は、送りねじ軸３４、スライダ３８のめねじ部により直線運動へ変換し且つ減速させるため、操作ハンドル５がこの減速部４を介して力をコントロールケーブル６へ伝達するため、操作ハンドル５の操作力は軽くて済む。また、この構成により、モータ３１と操作ハンドル５、送りねじ軸３４が直列的に配置され、全体として非常に細いスペースを有する構成となり、車両への搭載が非常に有利にできる。

(3)自動変速機７がエンジンルームに配置され、アクチュエータ部３がエンジンルームと隔たれたインストルメントパネル８の内部に配置されたため、従来に比べてエンジンルームの占有スペースを増加することなく、シフトバイワイヤ化することができ、アクチュエータ部３やコントローラ２は、エンジンルーム内の厳しい制約を受けることがないようにできる。

実施例２のシフトバイワイヤシステムのフェールセーフ構造は、減速機構をウォームとウォームホイールで構成する例である。
構成を説明する。
図８は実施例２のシフトバイワイヤシステムのフェールセーフ構造のアクチュエータ部の構造説明図である。

実施例２では、ケース３７の内部で、モータ３１の出力軸３１１が同軸で回転を伝達するものをウォーム３４ａとする。ウォーム３４ａは、両端をベアリング３５，３６で軸支されている。
そして、ケース３７の内部に支点軸４２により所定の角度範囲を回転するウォームホイール４１をウォーム３４ａと係合させるように設ける。支点軸４２には取り付けアーム３２ａを設けて、先端にはコントロールケーブル６を接続し、ウォームホイール４１の回転でコントロールケーブルをプッシュプルする構成にする。

また、位置センサ３３ａは、ウォームホイール４１又は支点軸４２の回転角度変位を検出する。
その他構成は実施例１と同様であるので説明を省略する。

車両における配置構成によっては、このようなウォームホイール４１を設ける配置が容易な場合もあり、そのような場合には実施例２のような構成を取るようにしてもよい。
その他の作用効果は、実施例１と同様であり説明を省略する。

実施例３は、実施例１及び実施例２のシフトバイワイヤシステムのフェールセーフ構造における操作ハンドルの他の例である。
図９〜図１１は、実施例のシフトバイワイヤシステムのフェールセーフ構造における操作ハンドルの他の例を示す説明図である。
図９に示すのはＩ型形状のものであり、図１０に示すのは取っ手を設けたものであり、図１１に示すのは中実なハンドル形状のものである。
図９のＩ型形状のものでは、ハンドル部分が非常に省スペースとなる点が有利である。
図１０の取っ手を設けたものは、さらに操作が容易となる。
図１１のハンドル部分を中実形状にするものは、適度な重さのハンドルにすることにより、操作しやすくなる。

その他構成、作用効果は実施例１と同様であるので、説明を省略する。

以上、本発明のシフトバイワイヤシステムのフェールセーフ構造を実施例１〜実施例３に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

ここで、実施例１〜実施例３における効果について、追加して説明しておく、フェール時の操作を軽くする作用効果を有するものについては、フェール時の操作ハンドル５の操作において、パーキングロッド７６を咬む力が働いている状態のＰレンジからの脱出を容易にする作用効果を有することを追記しておく。

シフトバイワイヤのシステム構成は、実施例に示した構成以外の構成であってもよい。

操作ハンドルの配置位置は、実施例において説明したインストルメントパネル、センターコンソールがドライバから操作しやすく有利であるが、他の位置であってもよい。

実施例１のシフトバイワイヤシステムのフェールセーフ構造の説明図である。 実施例１のシフトバイワイヤシステムのフェールセーフ構造のアクチュエータ部の構造説明のための側面断面図である。 実施例１のシフトバイワイヤシステムのフェールセーフ構造のアクチュエータ部の構造説明のための上面断面図である。 実施例１のシフトバイワイヤシステムのフェールセーフ構造のアクチュエータ部の上面図である。 実施例１のシフトバイワイヤシステムのフェールセーフ構造の配置例を示す説明図である。 自動変速機のディテント構造を示す斜視図である。 Ｐ→Ｒレンジ方向におけるモータ３１の出力軸に発生する操作反力を示す特性図である。 実施例２のシフトバイワイヤシステムのフェールセーフ構造のアクチュエータ部の構造説明図である。 実施例のシフトバイワイヤシステムのフェールセーフ構造における操作ハンドルの他の例を示す説明図である。 実施例のシフトバイワイヤシステムのフェールセーフ構造における操作ハンドルの他の例を示す説明図である。 実施例のシフトバイワイヤシステムのフェールセーフ構造における操作ハンドルの他の例を示す説明図である。

符号の説明

１ セレクト操作装置部
１１ セレクト操作部
１２ 操作検出部
２ コントローラ
３ アクチュエータ部
３１ モータ
３１１ 出力軸
３２ スライドアーム
３３ 位置センサ
３３１ 検出部
３４ 送りねじ軸
３５ ベアリング
３６ ベアリング
３７ ケース
３７１ 溝部
３８ スライダ
３８１ 突出部分
４ 減速部
５ 操作ハンドル
６ コントロールケーブル
７ 自動変速機
７１ 制御アーム
７２ 回転シャフト
７３ ディテントプレート
７３ａ カム山
７３ｂ 溝（谷部）
７４ バネ板
７５ ディテントピン
７６ パーキングロッド
７７ カム状プレート
７８ パーキングギア
８ インストルメントパネル
３２ａ 取り付けレバー
３３ａ 位置センサ
３４ａ ウォーム
４１ ウォームホイール
４２ 支点軸

Claims (3)

1. ドライバにより操作されるセレクト入力手段の信号に応じて自動変速機のレンジ切換装置を駆動するアクチュエータ部を備えたシフトバイワイヤシステムにおいて、
   前記アクチュエータ部と前記レンジ切換装置を接続して切換動作伝達系となるケーブルを設け、
   前記アクチュエータ部は、
   モータの出力を減速して伝達する減速機構を備え、
   前記モータの出力軸にモータ後端で回転操作を行うための操作ハンドルを設け、フェール時には前記ハンドルの操作により前記ケーブルを介してレンジ切り換えを手動で行うようにした、
   ことを特徴とするシフトバイワイヤシステムのフェールセーフ構造。
2. 請求項１に記載のシフトバイワイヤシステムのフェールセーフ構造において、
   前記減速機構は、送りねじにより前記モータの出力を直線運動に変換し且つ減速させる、
   ことを特徴とするシフトバイワイヤシステムのフェールセーフ構造。
3. 請求項１または請求項２に記載のシフトバイワイヤシステムのフェールセーフ構造において、
   自動変速機がエンジンルームに配置され、
   前記アクチュエータ部がエンジンルームと隔たれたインストルメントパネル内部に配置された、
   ことを特徴とするシフトバイワイヤシステムのフェールセーフ構造。

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