JP2009144843A - 歯車変速機の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ストロークセンサの温度によるセンサドリフトさらには車両の加減速状態によるストッパ位置の移動現象を許容するスリーブのギヤストッパへの衝突制御を提案する。
【解決手段】歯車列の噛合完結位置にギヤストッパを持つ歯車変速機構と、歯車変速機構を駆動するアクチュエータと、温度によるセンサドリフトのある進行状況検出センサと、アクチュエータを制御する制御装置と、を備える歯車変速機の制御方法であって、さらに、進行状況検出センサの温度を検出する温度センサを有し、基準温度からの温度変化量に伴って変化する最大センサドリフト量を記憶しており、噛合切替時に最大センサドリフト量［Ａ］を求め、該既得ギヤストッパ位置［Ｃ］より該最大センサドリフト量［Ａ］を差し引いた位置を制御ストッパ位置［Ｅ］とし、該制御ストッパ位置又はそれより前の制御開始位置［Ｆ］で該アクチュエータの駆動速度を制御するようにする。
【選択図】図６

Description

本発明は、歯車変速機の変速操作時の制御方法に関し、より詳細には同期噛合式自動変速機の制御方法に関する。

車両用の変速機には、運転者が変速操作を行うマニュアルトランスミッションと、自動的に変速操作が行われるようにしたオートマチックトランスミッションとがある。一般的なマニュアルトランスミッションは、エンジンなどの入力回転を伝達する入力軸と、車輪に向けて出力回転を伝達する出力軸と、入力軸上に固設された複数の駆動歯車と、この駆動歯車と常時噛み合うとともに出力軸上に遊転可能に配設された複数の遊転歯車と、出力軸と一体に回転して遊転歯車と摩擦係合するシンクロナイザリング及び嵌合するスリーブと、を備える場合が多い。このマニュアルトランスミッションに、電子制御装置とアクチュエータなどが組み合わされて、同期噛合式自動変速機が構成されている。

この同期噛合式自動変速機の制御装置の例が特許文献１に開示されている。この制御装置は、入力軸回転速度センサと、出力軸回転速度センサと、複数の変速ギヤと、シフト・セレクトアクチュエータと、シフト・セレクトポジションセンサと、制御手段とを備え、変速操作時に入力軸と出力軸との同期が得られない同期異常故障を検出するようにしている。

一般的な変速操作では、新しい歯車対が指定されるとまずシンクロナイザリングが駆動され、入力軸と出力軸との間が摩擦係合して徐々に同期し、次いでスリーブが駆動されてスプライン嵌合しギヤストッパに衝突し両軸の間が完全に強固に結合されて操作が完了する。この変速操作において、シンクロナイザリングを駆動するときのアクチュエータの出力荷重を大きくして短時間で同期を達成し、スリーブを駆動するときの出力荷重を小さくして嵌入時のショックを低減するようにしている。

また、スリーブがスプライン嵌合しギヤストッパに衝突するときの衝突音及び衝撃を低減するために、アクチュエータの駆動量をストロークセンサで検出し、ギヤストッパに衝突する前にスリーブの駆動速度を落とす操作がなされている。より具体的には、ストロークセンサの温度によるセンサ（出力）ドリフトを解消するために、歯合時にスリーブをギヤストッパに押しつけその時のストロークセンサの出力値を求める学習がなされている。そして、次回の同一の歯車対の噛合切替時に学習したギヤストッパ位置を取り入れて、スリーブがギヤストッパに衝突する直前でスリーブを減速し、遅い速度でスリーブがギヤストッパに衝突するようにして、衝突時の衝撃及び衝突音を小さくしている。
特開２００４−１９９１４号公報

従来の同期噛合式自動変速機のスリーブがスプライン嵌合しギヤストッパに衝突するときのスリーブの衝突速度制御は、スリーブの位置を検出するストロークセンサの温度によるセンサドリフト分を排除する必要がある。このために、ギヤストッパ位置のストロークセンサ出力値を頻繁に学習する必要があった。また、学習時に車両の速度が加速あるいは減速しているような走行速度の変化が大きい時には、ギヤストッパ位置が機構上移動する現象がある。このため学習は車両が速度変化少なく安定して走行している必要がある。また、学習実施後、一晩車両を停止して放置した後に、車両を走行させるために噛合を行う場合、学習した時の温度と噛合時の温度差が大きくセンサドラフトも大きくなる。これらのために、学習したギヤのストッパ位置と実際のギヤのストッパ位置とが大きく異なることがある。かかる場合でもギヤストッパへの衝突を軽減するためには実際のストッパ位置よりかなり前の位置でスリーブ速度を落とす必要があつた。このため変速時間が長くなる問題がある。

本願発明は、ストロークセンサの温度によるセンサドリフト及び車両の加減速状態によるストッパ位置の移動現象を許容するスリーブのギヤストッパへの衝突制御を提案するものである。

本発明の歯車変速機の制御方法は、変速用の歯車列と、該歯車列の噛合いの組合わせを切換えることにより変速を行い噛合完結位置にギヤストッパを持つ歯車変速機構と、該歯車変速機構を駆動するアクチュエータと、該アクチュエータにより駆動される該歯車変速機構の進行状況を感知する温度によるセンサドリフトのある進行状況検出センサと、該センサからの入力に基づいて該アクチュエータを制御する制御装置と、を備える歯車変速機の制御方法であって、
該歯車変速機は、さらに、該進行状況検出センサの温度を検出する温度センサを有し、
該制御装置は、以前に得られた既得ギヤストッパ位置及び該進行状況検出センサの基準温度からの温度変化量に伴って変化する最大センサドリフト量を記憶しており、かつ、噛合切替時に該温度センサからの入力温度に基づき最大センサドリフト量を求め、該既得ギヤストッパ位置より該最大センサドリフト量を差し引いた位置を制御ストッパ位置とし、該制御ストッパ位置又はそれより前の位置で該アクチュエータの駆動速度を制御するようにすることを特徴とする。

この制御方法では、温度変化量に伴う、最大センサドリフト量を差し引いた位置を制御ストッパ位置とし、この制御ストッパ位置又はそれより前の位置でアクチュエータの駆動速度を制御している。このためセンサドリフトに起因する制御ストッパ位置より前の位置にはギヤストッパは無く、制御ストッパ位置より前にギヤストッパに衝突することはない。また、噛合切替時の温度が進行状況検出センサの基準温度に近い場合には、最大センサドリフトも小さいためにギヤのストッパ位置に近い位置に制御ストッパ位置を設定でき、噛合切替時間をそれだけ短くすることができる。

まず、本発明の制御方法の制御対象となる歯車変速機の構成について説明する。変速用の歯車列としては、例えば前進用の３〜６組程度の歯車対に加えて逆転用の歯車対が付加された後進用１組程度の歯車対で構成することができる。この歯車列には、入力軸と出力軸と、さらに第３のカウンター軸を追加して適宜歯車対を配置するようにしてもよい。また、入力軸と出力軸とを直結する組み合わせの変速比があってもよい。

歯車変速機構は、後述の制御装置からの制御指令に基づいて動力を伝達する歯車対を変更する部位である。この歯車変速機構としてシンクロメッシュ機構を採用できる。シンクロメッシュ機構は、出力軸と一体に回転しかつ軸方向に押圧されて遊転歯車に摩擦係合するシンクロナイザリング及び出力軸と一体に回転しかつ軸方向に移動して遊転歯車に嵌合するスリーブとで構成することができる。なお、歯車変速機構は噛合完結位置でスリーブが機械的に止められるギヤストッパを持つ。ギヤストッパはスリーブが嵌合して直接当接する遊転歯車に設けても、スリーブを駆動する部材等が当接して止められ、間接的にスリーブが止められるものでも良い。

アクチュエータはこれらシンクロナイザリング及び該スリーブを駆動する。

シンクロメッシュ機構では、出力軸に相対回転自在に複数の遊転歯車が設けられ、これらの遊転歯車は常時入力軸側の駆動歯車と噛み合って遊転している。そして、いずれかの遊転歯車にシンクロナイザリングが摩擦係合した後にスリーブが嵌合して押し込まれ、ギヤストッパに当接してスリーブが止められ、入力軸と出力軸とが確実に結合して動力を伝達するように構成されている。

歯車列を構成する遊転歯車は、例えば、２個組み合わせて用いられ、中間には個別のシンクロナイザリングと共通のスリーブとが配置されている。

アクチュエータは歯車変速機構のシフトセレクトシャフト又はシフトフォークに配設することができる。シフトセレクトシャフトに配設する場合は、一つのアクチュエータでよい。シフトフォークに配設する場合で、該シフトフォークが複数あるものでは、各シャフト毎にアクチュエータを配設しても、シフトセレクトレバーに相当する別途の切換手段を設ければ、一つのアクチュエータでも可能である。

アクチュエータは、直動シリンダ等の流体圧式アクチュエータ、モータ等の電気アクチュエータを用いることができる。モータの場合は、例えばラックアンドピニオン機構によりシフトセレクトシャフト又はシフトフォークのストローク動に変換することができる。

歯車変速機構による変速は、まず入力軸と出力軸との間で変速すべき新しい歯車対を選択し、次いで両者を摩擦係合させて同期させ、ついで噛合係合させギヤストッパに当接させて、選択された歯車対を強固に連結させるものである。

進行状況検出手段は、歯車変速機構の操作進行状況を検出するもので、歯車変速機構の操作力伝達構造に合わせて適宜変位量を検出するセンサを用いることができる。例えば、直動部分であればストローク検出センサ、回動部分であれば回転角センサを用いることができる。

制御装置は、進行状況検出センサの基準温度からの温度変化量に伴って変化する最大センサドリフト量を記憶している。そして、噛合切替時に温度センサからの入力温度に基づき、記憶している温度変化量の最大センサドリフト量を求め、学習で得たギヤストッパ位置より該最大センサドリフト量を差し引いた位置を制御ストッパ位置とし、この制御ストッパ位置又はそれより前の位置でアクチュエータの駆動速度を制御するものである。この制御装置には、例えば、マイクロコンピュータを内蔵してソフトウェアで動作する電子制御装置を用いることができる。

既得ギヤストッパ位置は、以前になされた同一組み合わせの噛合切替時に求められ、制御装置に記憶されたものとすることができる。なお、従来のように、噛合した状態でアクチュエータを作動し、ギヤストッパに当接させて停止したスリーブの位置を進行状況検出センサで検出した検出値とすることもできる。

なお、本発明にかかる歯車変速機の歯車変速機構は、噛合切替速度を出力する切替速度センサを持つものとすることができる。そして、制御装置はこの切替速度センサに基づいてアクチュエータの駆動速度を制御する。なお、制御装置は、さらに、切替速度センサから入力される切替速度に応じて変化する変速開始量を記憶しているものとすることができる。そして、噛合切替時に切替速度センサからの入力に基づき変速開始量を求め、前記ギヤストッパ位置より前記最大センサドリフト量及び該変速開始量の両者を差し引いた位置を制御ストッパ位置とすることができる。

なお、切替速度センサは、具体的に、アクセル開度センサ又はエンジントルクセンサを用いることができる。

さらに、進行状況検出センサの基準温度は、車両走行開始から走行を続け、進行状況検出センサの温度上昇が止まる、通常走行状態における進行状況検出センサの温度とするのが好ましい。具体的な温度としては、５０〜９０℃の範囲内の温度とすることができる。

ドライバーによる歯車対の切替操作は、制御装置としてのＥＣＵと電気スイッチ式の操作レバー等から構成することができる。操作レバーは、手動変速機の場合、Ｈ式操作レバーでも加速、減速式の直動レバーでもよい。また、ステアリングホイール等に設けるスイッチでもよい。

次に、上述のように構成された自動変速機の変速操作時の制御方法について説明する。

ドライバーの歯車対の選択により変速操作が始まる。まず今まで動力を伝達していた歯車対が解離され、入力軸から出力軸に動力が伝達されないニュートラル状態になる。次いで新しい歯車対が指定される。この時点では歯車対を構成する歯車の回転速度が同期していないので、直ちに動力を伝達することはできない。新しい変速比で同期するように、入力軸と出力軸の回転速度を調整するが、出力軸は車輪に連結され車両走行の慣性により駆動されるため、通常入力軸側で主に調整することになる。すなわち、エンジン回転数を調整するとともに、アクチュエータにより入力軸側の部位を出力軸側の部位と摩擦係合させ、両者を同期させる。そしてアクチュエータによりスリーブをさらに押しつけ、スリーブと遊転歯車とを嵌合させスリーブを遊転歯車に軸方向に押し込み、スプライン結合させる。

このスリーブの動きはスリーブの位置情報として進行状況検出センサにより検出され、制御装置に入力される。制御装置では、新しい歯車対に対する既得ギヤストッパ位置を記憶している。さらに、進行状況検出センサの温度を検出する温度センサの温度情報から基準温度との温度変化量を求め、制御装置が内蔵している温度変化量と最大センサドリフトの関係データから求められた温度変化量に対応する最大センサドリフト値を得る。制御装置は、次に記憶しているギヤストッパ位置から得られた最大センサドリフト値を差し引いた位置を制御ストッパ位置として算出し、この制御ストッパ位置又はそれより前の位置でその後のアクチュエータの駆動速度を制御するものである。スリーブは制御された駆動速度でさらに進み、その速度でギヤストッパに衝突して止まる。

なお、制御ストッパ位置より前の位置（制御開始位置）としては、制御された速度に達するまでに要すると思われる距離分の位置とか、学習されたギヤストッパ位置が内包するであろう車両の加速又は減速に起因するギヤストッパ位置の変動距離に相当する位置が考えられる。かかる場合には、制御装置は制御ストッパ位置より前の位置でアクチュエータの駆動速度を変える指令を出す。アクチュエータにより駆動されるスリーブは、ギヤストッパ位置より前の位置で速度が変えられ、ギヤストッパ位置では目指した速度となり、さらに目指した速度で駆動されてギヤストッパに当接することになる。

なお、歯車変速機構が噛合切替速度を出力する切替速度センサを有する場合には、制御装置は、切替速度センサから得られる切替速度でアクチュエータを駆動することになる。具体的には、切替速度センサとしてアクセル開度センサを用いた場合、アクセルが踏み込まれ、アクセル開度が大きいと切替速度が速くなり、スリーブは早い速度で駆動され、短時間でスリーブはギヤストッパに当接し歯車対の切替が早く完了する。

本発明の歯車変速機の制御方法では、センサドリフト量を最大の値としてとらえている。このためギヤストッパ位置が正確に学習できなくとも、車両の状態や、ドライバの要求に合った制御が実施できる。このため、予期せぬ速度でのスリーブのギヤストッパへの衝突を少なくすることができる。

本発明を更に実施例により詳細に説明する。

本実施例を採用する車両の歯車変速機は、図１に示すように、変速機本体１に歯車列２を備え、これら歯車列２はその噛合い組合わせを切換えるシンクロメッシュ機構を含む歯車変速機構３、３…を有する。歯車変速機構３、３…は、各シフトフォーク４、４…によって歯車列２の軸方向にシフト可能に構成され、各シフトフォーク４の基端にはシフトセレクトシャフト５の先端が選択的に係合する回転選択式のゲート部材６が取付けられている。シフトセレクトシャフト５は、回転型のセレクトアクチュエータ７Ａと直動型のシフトアクチュエータ７Ｂによって回転方向（セレクト方向）とシフト方向に駆動される。

セレクトアクチュエータ７Ａ、シフトアクチュエータ７Ｂは、油圧あるいは電気で駆動され、油圧の場合は、油圧回路の作動油圧や流量を制御する各電磁ソレノイド弁への電流の供給によって、電気の場合は、モータ等への電流の供給によって、それぞれシフトセレクトシャフト５をセレクト動作とシフト動作を行わせることができるものである。セレクトアクチュエータ７Ａ、シフトアクチュエータ７Ｂは、セレクト位置、シフト位置を検出するセレクトセンサ８Ａ及びシフトセンサ８Ｂを有し、さらにそれらセンサ８Ａ、８Ｂの温度を検出する温度センサ８Ｃを有している。なお、シフトセンサ８Ｂは抵抗値変動型ストロークセンサを使用している。また、アクチュエータ７Ａ、７Ｂは、電気スイッチ式の操作レバー部材８ＤとＥＣＵ９からなる制御装置１０によって操作可能に構成されている。

そして、ＥＣＵ９には、セレクトセンサ８Ａ、シフトセンサ８Ｂ、温度センサ８Ｃ及びアクセルペダルの踏み角を検出するアクセル開度センサ１１が接続されている。

ＥＣＵ９は、図２に示す、シフトセンサ８Ｂの基準温度からの温度変化量（横軸）と最大センサドリフト量（縦軸）の関係を示すマップ情報、図３に示すアクセル開度とスリーブ（シフトセレクトシャフト５）の速度となる噛合切替速度（ストローク速度）の関係を規定するマップ情報、及び、図４に示す噛合切替速度とスリーブが指令された噛合切替速度に追従するに必要な追従量との関係を規定するマップ情報が記憶されている。

この歯車変速機は、制御装置１０のＥＣＵ９が持つ制御プログラムにより次の制御がなされる。ドライバーが操作レバー８Ｄを操作し新しい歯車対が選択されると操作レバー８Ｄから制御装置１０に信号が送られ、制御装置１０のＥＣＵ９がアクチュエータ７Ａ、７Ｂを作動させる。シフトアクチュエータ７Ｂの駆動によりクラッチ機構３のシフトフォーク４が駆動され、噛合している歯車対が分離され、次にセレクトアクチュエータ７Ａによりシフトセレクトシャフト５が駆動されて新しく選択された歯車対が選択される。

その後、シフトアクチュエータ７Ｂにより選択された歯車対のシフトフォーク４が駆動され、シンクロメッシュ機構を構成するスリーブが押圧され選択された歯車対の回転速度が同一となる方向に付勢され歯車対は同期する。スリーブはさらに押圧され歯車対を構成する一方の遊転歯車と噛合し、スプライン結合によりさらに軸方向に押圧される。なお、これらの制御は従来の変速制御と同一のものである。

本発明の歯車変速機の制御方法は、スリーブが遊転歯車とスプライン結合した後の制御を行うものである。実施例の制御方法のフローチャートを図５に示す。

Ｓ１１で操作レバー８Ｄの操作の有無を検出しており、変速操作されるとＳ１２に進み、温度センサ８Ｃより温度が検知される。検知された温度はＳ１３で基準温度からの温度変化量を求められ、さらに図２のマップより最大センサドリフト量が求められる。次にＳ１４に進み、既得ストッパ位置より最大センサドリフト量を差し引いた制御ストッパ位置を求める。次にＳ１５に進み、アクセル開度センサ１１よりアクセル開度を検知する。そしてＳ１６に進み、図３に示すマップよりそのアクセル開度の噛合切替速度が求められ、Ｓ１７に進んで、図４に示すマップよりその噛合切替速度の追従量が求められる。Ｓ１８でＳ１４で求められた制御ストッパ位置より追従量を差し引いた制御開始位置が求められる。

Ｓ１９で、シフトセンサ８Ｂから送られるスリーブの位置が制御開始位置に達したか否かが見られ、制御位置に達した時には、Ｓ２０に進み、Ｓ１６で求められた噛合切替速度（ストローク速度）をシフトアクチュエータ７Ｂに指令する。これによりスリーブは、追従量の間に噛合切替速度となって進み、スリーブはギヤストッパに噛合切替速度で衝突して止まる。

実施例の制御方法のスリーブのストローク長と経過時間との関係を図６に示す。図６上で太い破線がスリーブの実ストロークを示し、点線がＥＣＵ９が指令したストローク（目標ストローク）を、示す。［Ａ］は最大センサドリフトを、［Ｂ］は追従量を示す。［Ｃ］、［Ｄ］、［Ｅ］及び［Ｆ］は、それぞれのストローク長（センサ出力値に対応）を示す。［Ｃ］はＥＣＵ９に予め記憶された既得ギアストッパ位置を、［Ｄ］は制御ストッパ位置を示し、センサドリフトがプラス側にドリフトした時のギアストッパ位置を、［Ｅ］はセンサドリフトがマイナス側にドリフトした時のギアストッパ位置を示す。［Ｆ］は制御開始位置で、この位置でスリーブ速度が制御される。即ち、ＥＣＵ９がアクセル開度に応じた噛合切替速度をシフトアクチュエータ７Ｂに指令する。その後［Ｂ］のストローク間隔の間に実ストローク速度が指令ストローク速度になる。スリーブがギアストッパに衝突する可能性のある［Ｅ］の位置で実ストローク速度は目標ストローク速度に沿うものとなり、制御されたストローク速度でギアストッパに衝突することになる。なお、既得ギアストッパ位置が正確性を欠く場合には、［Ｅ］の位置でギアストッパに衝突する可能性が生ずる。しかし、シフトセンサ７Ｂの温度変化量に対応する最大センサドリフト量により［Ｅ］の位置を規定しているため、［Ｅ］の位置でギアストッパに衝突する可能性は高くない。

歯車変速機の制御装置の構成を示す概略図である。 実施例の温度変化量と最大センサドリフト量の関係を示すマップである。 実施例のアクセル開度と噛合切替速度の関係を示すマップである。 実施例の噛合切替速度と追従量の関係を示すマップである。 実施例のＥＣＵの動作を示すフローチャートである。 実施例の目標ストローク長及び実ストローク長と経過時間との関係を示す図である。

符号の説明

１…変速機本体、２…歯車列、３…歯車変速機構、４…シフトフォーク、５…セレクトシャフト、６…ゲート部材、７Ａ…セレクトアクチュエータ、７Ｂ…シフトアクチュエータ、８Ａ…セレクトセンサ、８Ｂ…シフトトセンサ、８Ｃ…温度センサ、８Ｄ…操作レバー部材、９…ＥＣＵ、１０…制御装置、１１…アクセル開度センサ

Claims (5)

1. 変速用の歯車列と、該歯車列の噛合いの組合わせを切換えることにより変速を行い噛合完結位置にギヤストッパを持つ歯車変速機構と、該歯車変速機構を駆動するアクチュエータと、該アクチュエータにより駆動される該歯車変速機構の進行状況を感知する温度によるセンサドリフトのある進行状況検出センサと、該進行状況検出センサからの入力に基づいて該アクチュエータを制御する制御装置と、を備える歯車変速機の制御方法であって、
   該歯車変速機は、さらに、該進行状況検出センサの温度を検出する温度センサを有し、
   該制御装置は、以前に得られた既得ギヤストッパ位置及び該進行状況検出センサの基準温度からの温度変化量に伴って変化する最大センサドリフト量を記憶しており、かつ、噛合切替時に該温度センサからの入力温度に基づき最大センサドリフト量を求め、該既得ギヤストッパ位置より該最大センサドリフト量を差し引いた位置を制御ストッパ位置とし、該制御ストッパ位置又はそれより前の位置で該アクチュエータの駆動速度を制御するようにすることを特徴とする歯車変速機の制御方法。
2. 前記既得ギヤストッパ位置は、以前になされた同一組み合わせの噛合切替時に求められ位置である請求項１記載の歯車変速機の制御方法。
3. 前記歯車変速機構は噛合切替速度を出力する切替速度センサを有し、
   前記制御装置は該切替速度センサに基づいて該アクチュエータの駆動速度を制御するとともに、該制御装置は、さらに、該切替速度に応じて変化する変速開始量を記憶しており、噛合切替時に該切替速度センサからの入力に基づき該変速開始量を求め、前記ギヤストッパ位置より前記最大センサドリフト量及び該変化開始量の両者を差し引いた位置を制御開始位置とする請求項１又は２に記載の歯車変速機の制御方法。
4. 前記切替速度センサは、アクセル開度センサ又はエンジントルクセンサである請求項３に記載の歯車変速機の制御方法。
5. 前記進行状況検出センサの基準温度は、５０〜９０℃の範囲内の温度である請求項４に記載の歯車変速機の制御方法。

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