JP2008511800A - 自動車のオートマチックマニュアルトランスミッション用セレクター駆動部 - Google Patents

Abstract

本発明は、自動車のオートマチックマニアルトランスミッション用セレクター駆動部に関し、当該セレクター駆動部は、電気モーターを備え、当該電気モーターの回転は、セレクター位置を選択するために、機械的伝達チェーンを使ってセレクター装置に伝達される。上記電気モーター（１）は、規定のステップ幅を有する電気モーターである。セレクター装置内での規定の幾何学的条件またはセレクター位置間の間隔が、電気モーターとセレクター位置間の間隔の個々のステップ角に従い、一定のセレクター位置を選択するために要求されるステップ幅を決定することを可能にする。

Description

本発明は、特許請求の範囲の請求項１の上位概念に従う、自動車のオートマチックマニアルトランスミッション用セレクター駆動部に関する。さらに本発明は、自動車のオートマチックマニュアルトランスミッションのシフト装置内でのセレクター位置を選択するための方法に関する。

トランスミッション機能の自動化は、ますます重要性を増している。そのような自動化を有するオートマチックマニュアルトランスミッションには、運転者が自動車のギヤチェンジから解放されるという利点がある。それによって全体的に快適で、安全な運転が可能になる。さらにオートマチックマニュアルトランスミッションは、有意なコストメリットを有している。この場合、最新技術によるクラッチ作動の際、それに相当する電気機械式アクチュエーターによって、並進運動は通常、クラッチのリリースベアリングに伝達される。類似の構造は、ギヤシフトの自動化にも使用され、その場合、セレクト用とシフト用に２つの動的に独立した動きが必要になり、その動きは最新技術により、通常、電気機械式ギヤアクチュエーターによって行われる。

電気機械式アクチュエーターは、パートタイム４輪駆動車用の２輪駆動と４輪駆動との間の切り替えにも使用される。例えばＤＥ４２３０３２６Ａ１からは、自動車のトランスミッション用電子式シフト装置が知られており、そこでは４輪駆動用の減速ギヤは、２つの別々の電子式作動装置、つまりレンジ作動装置とクラッチ作動装置を有している。ここでは、レンジ作動装置は、減速ギヤをオーバーレンジ、センターポジション、ローレンジ
の間で切り替える働きをする。クラッチの作動装置は、２輪駆動、自動駆動、４輪駆動の間でクラッチの係合を制御する。ＤＥ４２３０３２６Ａ１に従い、レンジ作動装置は、減速ギヤの出力軸に関して同軸に取り付けられている電気モーター、ならびにモーター軸の回転運動を選択的にレンジシフトスリーブの軸方向の運動に転換するためのリニアスクリューを有している。

オートマチックマニュアルトランスミッションの場合、セレクター機能用電気駆動は、通常、ブラシモーターで実現される。この場合、ブラシモーターの回転運動は、１つのギヤ（シャフト、ウォーム、ラック）を使って並進運動に転換され、当該運動は、直にシフトレーンセレクトに導かれる。この並進運動を介してシフト操作用に決められたルートを事前に選択するためのゲートが作動されることも可能である。

選択運動は、所要電力をほとんど必要としない運動であり、そこでは、単にシフト装置内の摩擦トルクと慣性モーメントを克服する必要があるだけである。そのため、最新技術で知られる、モーターの回転運動の並進運動への切り替えは、この目的には比較的高価であることがわかる。

さらにそれぞれのシフトレーンにおけるポジショニングに対する要求は、シフトレーンの仕様や数にもよるが、かなり高く、ポジショニングのために、使用されるセンサーの十分なソリューションならびに正確なアルゴリズムを要求する。モーターの回転運動と並進運動との間のギヤ比が通常、高く設定されているのには、運動センサーのソリューションに対する要求を技術的に実現可能に維持する、という狙いがある。しかし、高いギヤ比の実現は、不都合なことに、構造的にコスト高に結びつく。

本発明には、この最新技術の欠点を回避する、自動車のオートマチックマニュアルトランスミッション用セレクター駆動部を示す、という課題がある。特にポジショニングを容易にし、構造上のコスト削減を示すものとする。そのために、自動車のオートマチックマニュアルトランスミッションのシフト装置内でのセレクター位置を選択するための方法、特に発明に従うセレクター駆動部を作動させるために適している方法を示すものとする。

この課題は、セレクター駆動部のための、特許請求の範囲の請求項１の特徴によって解決される。オートマチックマニュアルトランスミッションのシフト装置内でのセレクター位置を選択する方法は、特許請求の範囲の請求項９の対象である。その他の発明に従う形態及び利点は、該当する下位の請求項から読み取れる。

それによると、オートマチックマニュアルトランスミッションの場合でセレクター機能を実現するために、規定のステップ幅を持つ電気モーターを使用することが提案される。当該電気モーターの回転運動は、セレクター位置を選択するために、機械式伝達チェーンを使ってシフト装置に伝達でき、その場合、シフト装置内での確定された幾何学的条件ないしセレクター位置間の間隔によって、指定のセレクター位置を選択するために必要なステップ数は、電気モーターの個々のステップ角とセレクター位置間の間隔に応じて決定することができる。

特に有利な実施形態の範囲内で、スイッチトリラクタンスモーター（ＳＲＭ）を採用することが提案される。これによって製造コストはさらに削減され得る。

シフト装置内での確定された幾何学的条件ないしセレクター位置間の間隔により、必要なステップ数は、電気モーターの個々のステップ角とセレクター位置間の間隔に応じて決定することができる。選択過程の後は、目標位置の達成を確認できる応答のみが必要となる。有利な方法では、固有の位置をさらにコストを掛けずにセンサーないし制御装置に応答できる電気モーターが組み込まれ、その結果、構造上のコストがさらに削減される。

本発明に従うコンセプトにより、ポジショニングは、規定のステップ幅を持つモーターの物理的特性によって実現され、これによってコストのかかる、個々の位置認識装置はもはや不要になる。これを実現するために、セレクター位置間の間隔に対する一定の条件を満たさなければならない。

本発明の特に有利な実施形態の範囲内で、セレクター位置間の間隔は、それが最大公約数（ｇｇＴ≧１）で除算できるよう配置されることが提案される。この形態の特別なケースは、セレクター位置が等間隔に配置されていることにある。この場合、シフト装置内の電気モーターの位置とセレクター位置の１：１の割当てにより、作動のさらなる簡素化が達成される。

本発明によれば、その選択のために、確実な、物理的に規定され、正確に再現可能なステップで行われる、電気モーターの回転運動が発生される。この場合、必要なステップ数は、セレクター位置間の間隔の最大公約数ｇｇＴから明らかになる。ステップ数は、最大公約数の整数の倍数である。

電気モーターの原理故の回転対称により、必要な電気モーターの回転運動の発生には、特にステップモーターとスイッチトリラクタンスモーターが適している。

本発明は以下で、スイッチトリラクタンスモーターの図式的断面図を示す添付図面を基に、例示的に詳述される。

発明を実施するための形態

図ではスイッチトリラクタンスモーター１の断面図が示されている。このモーターは、複数の極３を有する固定子２と、出力として作用する回転子４と、複数の歯５を有している。図では固定子は６つの極を有し、回転子は４つの歯を有している。回転子のステップ状の運動は、固定子極に内包されているコイルを循環的に電流給電することによって得られる。

回転子Ｐ２の極数の選択と固定子Ｎ１の溝数によって、スイッチトリラクタンスモーターの各ステップ角φは、Ｎ１とＰ２の最小公倍数（ｋｇＶ）によって、以下の方程式に従い算定することができる。

３６０
φ ＝

ｋｇＶ（Ｎ１，Ｐ２）

スイッチトリラクタンスモーターの１相ないし１極が継続的に給電されると、回転子は規定の位置に来て、トーションスプリングに近い反応をする。機械式伝達チェーンを使ってシフト装置に伝達されるこの位置は、本発明による、シフト装置の望ましいセレクター位置に相当する。

スイッチトリラクタンスモーターの物理的原理は、次の関係に基づいている。

１ ｄＬ
Ｔ＝ − Ｉ^２* ―― ，このとき、Ｌは導電コイルの自己誘導性、αは回転子の
２ ｄα

回転角、Ｉは電流、Ｔは達成可能なトルクである。

モータートルクは従って、導電コイルの自己誘導性が回転子の回転角で変わることによって発生する。トルクのゼロ交差は、それぞれ最大及び最小誘導性の位置で存在し、その結果、目標位置では最大誘導性が生じる。

コイル抵抗は不変である。ここから、各コイルの電気的時定数は回転子の回転角で変化することが明らかになる。この時定数の最大値は、それぞれ目標位置において、すなわち、ステップの必要数に応じて得られる。それにより、本発明により、位置決定のために固定子コイルの自己誘導性を測定することが提案される。それは例えば、目標コイルの電流上昇または電流下降によって行うことができる。このような方法で、電流上昇または電流下降を測定することによって、回転子が期待された目標位置にあるかどうか、を確認することができる。

例えば、電流は、駆動電圧源を遮断後、電気的時定数の約３０％から１００％後の惰力回転において測定し、予め定められた期待値と比較することができる。その期待値が達成されれば、目標位置は達成されており、期待値が達成されない場合、その目標値は未達成
である。モーターの温度変化を考慮するために、電流の期待値は、モーターの温度に応じて算出される。モーター温度は、さらにコイルの抵抗測定を介して算出される。

シフト装置の構造的状態により、セレクター位置の配分が等間隔に行われるのではなく、セレクター位置間の間隔が最大公約数（ｇｇＴ>１）によって分割できるように形成されている配分が生じる場合、あるいは例えば、電気モーターとシフト装置との間に１つの伝達段階が設けられていて、その結果、電気モーターの位置とシフト装置のセレクター位置との間に理論的１：１の割合が生じない場合には、目標位置の達成を合図する応答センサーが追加的に必要であるかもれない。

しかし、本発明による解決法により、この電気モーターは各ステップごとに正確な定位置を占めるので、コストのかかる位置制御は必要ない、という利点が得られる。

スイッチトリラクタンスモーターを使用することによって、さらに単純で丈夫な構造が可能になる。リラクタンスモーターは、さらに有利なことに、他のモーター技術（ブラシモーターなど）と異なり、追加シール対策なしにギヤオイル内で運転することができる。

オイル条件下でのポジショニングドライブとしてのこのモーターの運転は、目標位置への磁場形成特性（Einschwingverhalten）がオイルによる粘性減衰によってプラスに影響される、というもう１つの利点がある。この減衰により、モーターの磁場形成（Einschwingen）が短縮され、それによってその作動時間が短くなる。

電気モーターの回転運動を規定の並進運動に変換するために、規定のステップ幅を有するモーターを適切な幾何学的形態とともに自動車技術の他の分野に採用することも、本発明によって可能となる。

スイッチトリラクタンスモーターの断面図。

符号の説明

１ スイッチトリラクタンスモーター
２ 固定子
３ 極
４ 回転子
５ 歯

Claims (14)

1. 自動車のオートマチックマニュアルトランスミッション用セレクター駆動部であって、
   電気モーターを備え、
   電気モーターの回転運動は、機械式伝達チェーンを使ってセレクター位置を選択するためにシフト装置に伝達でき、
   前記電気モーター（１）は、規定のステップ幅を持つ電気モーターであり、
   シフト装置内での確定された幾何学的条件ないしセレクター位置間の間隔により、指定のセレクター位置を選択するために必要なステップ数を、電気モーターの個々のステップ角とセレクター位置間の間隔に応じて決定することができる
   ことを特徴とするセレクター駆動部。
2. シフト装置内のセレクター位置間の間隔は、最大公約数（ｇｇＴ≧１）で除算できるように配置されており、
   セレクター位置を選択するのに必要な、電気モーターのステップ数は、最大公約数の整数の倍数である
   ことを特徴とする請求項１に記載のセレクター駆動部。
3. 前記セレクター位置がシフト装置内で等間隔に配置され、
   シフト装置内の電気モーター（１）の位置とセレクター位置の１：１の割当が設けられている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のセレクター駆動部。
4. 電気モーター（１）として、ステップモーターまたはスイッチトリラクタンスモーターが用いられている
   ことを特徴とする請求項１、２または３に記載のセレクター駆動部。
5. 電気モーター（１）の固有の位置を含む信号が、電気モーターからセンサーないし制御装置に、追加センサーなしに伝達できる
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のセレクター駆動部。
6. 位置決定のために目標コイル内の電流上昇または電流下降が使用でき、
   電流は、回転子が期待された目標位置にあるかどうかを確認するために、駆動電圧源を遮断した後、所定の時間、測定され、目標位置に対応する値と比較される
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のセレクター駆動部。
7. 目標位置に相当する電流の値は、前記電気モーターの温度に応じて決定することができる
   ことを特徴とする請求項６に記載のセレクター駆動部。
8. 自動車のオートマチックマニュアルトランスミッションのシフト装置内でのセレクター位置を選択するための方法であって、
   当該選択のために、確実な、物理的に規定され、正確に再現可能なステップで行われるとともに、セレクター位置を選択するために、機械式伝達チェーンを使ってシフト装置に伝達される、電気モーターの回転運動が発生され、
   シフト装置内での確定された幾何学的条件ないしセレクター位置間の間隔により、指定のセレクター位置を選択するために必要なステップ数が、電気モーター（１）の個々のステップ角とセレクター位置間の間隔に応じて決定される
   ことを特徴とする方法。
9. シフト装置内のセレクター位置間の間隔が、最大公約数（ｇｇＴ≧１）で除算できるよう配置され、
   セレクター位置の選択に必要な電気モーターのステップ数は、最大公約数の整数の倍数である
   ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. シフト装置内のセレクター位置が、シフト装置内で電気モーター（１）の位置とセレクター位置との１：１の割当てが達成されるよう、等間隔の配置になるように配置されている
    ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 電気モーター（１）としてステップモーターまたはスイッチトリラクタンスモーターが使用される
    ことを特徴とする請求項８、９または１０に記載の方法。
12. 構造上のコストをさらに削減するよう、自己の位置を、コストを追加することなくセンサーないし制御装置に応答する電気モーターが採用される、
    ことを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載の方法。
13. 電気モーターの位置決定のために、目標コイル内の電流上昇または電流下降が、駆動電圧源を遮断後、所定の時間、惰力回転中に測定され、予め定められた期待値と比較され、
    当該期待値が達成されていれば、目標位置は達成されている
    ことを特徴とする請求項８乃至１２のいずれかに記載の方法。
14. 電気モーターの温度は、当該モーターのコイルの抵抗を測定することによって、測定される
    ことを特徴とする請求項８乃至１３のいずれかに記載の方法。

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