JP2009180342A

JP2009180342A - シーケンシャル式有段変速機

Info

Publication number: JP2009180342A
Application number: JP2008021577A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Tsunashima; 功祐綱島; Keijun Nedachi; 圭淳根建
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2008-01-31
Publication date: 2009-08-13
Anticipated expiration: 2028-01-31
Also published as: JP5044821B2

Abstract

【課題】シフトドラムのロストモーション機構の作動を検知することで、ドグクラッチの噛合状態を推測できるようにしたシーケンシャル式有段変速機を提供する。
【解決手段】シフト制御モータ２１でシフトドラム３０を回動させるシーケンシャル式有段変速機は、シフト制御モータ２１で駆動されるシフタ２５とシフトドラム３０との間に、両者をねじりコイルばね５を介して連結するロストモーション機構４を備える。シフタ２５には、アクチュエータ側ロータリエンコーダ１４が取り付けられ、シフトドラム３０には、シフトドラム側ロータリエンコーダ１３が取り付けられる。シフト制御モータ２１を駆動する制御ユニット１は、両ロータリエンコーダ１３，１４からの出力信号に基づいてロストモーション機構４の作動を検知し、これにより、シーケンシャル式変速機のドグクラッチの噛合状態（ドグ先当たり状態またはドグ先引っかかり状態）を推測する。
【選択図】図２

Description

本発明は、シーケンシャル式有段変速機に係り、特に、シフトドラムのロストモーション機構の作動を検知することでドグクラッチの噛合状態を推測できるようにしたシーケンシャル式有段変速機に関する。

従来から、シフトドラムを使用するシーケンシャル式有段変速機において、シフトドラムおよびクラッチをアクチュエータ等で駆動することで、自動変速（オートマチック）または半自動変速（セミオートマチック）制御を可能にした構成が知られている。また、アクチュエータで駆動するシフトドラムが予定通りに回動しない場合でも、このアクチュエータの動きを弾性部材によって一時的に吸収して、アクチュエータに過剰な負荷が生じないようにするロストモーション機構も周知である。

特許文献１には、アクチュエータで回動されるシフトドラム軸と、シフトフォークのガイド溝が形成されるシフトドラムとの間に、ねじりコイルばねを使用したロストモーション機構を配設したシーケンシャル式有段変速機が開示されている。
特開平５−３９８６５号公報

上記したようなシーケンシャル式有段変速機では、通常、同軸上で隣り合う変速ギヤ間の回転駆動力をドグ歯とドグ孔とからなるドグクラッチで伝達している。このドグクラッチは、回転駆動力の伝達効率が高い一方、ドグ歯が形成された変速ギヤとドグ孔が形成された変速ギヤとの回転速度差が大きい場合等に、ドグ歯がドグ孔に入らないドグ先当たり状態や、ドグ歯がドグ孔から抜けないドグ先引っかかり状態を生じる可能性がある。クラッチやシフトドラムを電気的に駆動して変速動作を確実に実行するためには、このドグクラッチの噛合状態を認識できることが好ましい。

ドグクラッチの噛合状態は、例えば、シフトドラムの回動角度をより細かく検知することで認識できるが、そのためには、シフトドラムの回動角度を検知するシフトポジションセンサの精度を大幅に高める必要があった。また、特許文献１では、ロストモーション機構の作動を検知することは行われていなかった。そこで、本願発明者は、ロストモーション機構の作動とドグクラッチの噛合状態との関係に着目し、ロストモーション機構の作動を簡単な方法で検知することによって、ドグクラッチの噛合状態を推測することを試みた。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、シフトドラムのロストモーション機構の作動を検知することで、ドグクラッチの噛合状態を推測できるようにしたシーケンシャル式有段変速機を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、アクチュエータによってシフトドラムを回動させるシーケンシャル式有段変速機において、前記アクチュエータで駆動される駆動部材と前記シフトドラムとの間に配設され、両者を弾性部材を介して連結するロストモーション機構と、前記アクチュエータの回転位相を検出するアクチュエータ回転位相検出手段と、前記シフトドラムの回転位相を検出するシフトドラム回転位相検出手段とを備え、前記アクチュエータ回転位相検出手段およびシフトドラム回転位相検出手段の出力信号に基づいて前記アクチュエータとシフトドラムとの回転位相差を検知することで、前記ロストモーション機構の作動を検知するように構成されている点に第１の特徴がある。

また、前記回転位相差が所定値以上になると、前記ロストモーション機構の作動が検知されるように構成されている点に第２の特徴がある。

また、前記アクチュエータ回転位相検出手段およびシフトドラム回転位相検出手段は、共にロータリエンコーダである点に第３の特徴がある。

さらに、前記アクチュエータは、電動モータである点に第４の特徴がある。

第１の特徴によれば、アクチュエータ回転位相検出手段およびシフトドラム回転位相検出手段の出力信号に基づいてアクチュエータとシフトドラムとの回転位相差を検知することで、ロストモーション機構の作動を検知するように構成されているので、シフトドラムが予定通りに回動できない場合に、アクチュエータの動きを一時的に吸収してアクチュエータに過剰な負荷が発生しないようにするロストモーション機構の作動を検知できるようになる。これにより、同軸上で隣り合うギヤ間の回転駆動力の伝達をドグクラッチで行う変速機に適用した場合、シフトドラムを回動させてドグクラッチを噛合させる際にロストモーション機構の作動が検知されると、ドグ歯がドグ孔に入らないドグ当たり状態が発生したと判定することが可能となる。また、ドグクラッチの噛合を解除する際にロストモーション機構の作動が検知されると、ドグ歯がドグ孔から抜けないドグ引っかかり状態が発生したと判定することが可能となる。さらに、シフトドラム回転位相検出手段の出力信号に基づいて、現在選択されている変速ギヤ段を検知できる。

第２の特徴によれば、回転位相差が所定値以上になるとロストモーション機構の作動が検知されるように構成されているので、ロストモーション機構の作動を検知する精度を任意に変更できるようになる。

第３の特徴によれば、アクチュエータ回転位相検出手段およびシフトドラム回転位相検出手段は共にロータリエンコーダであるので、簡単な構成によってアクチュエータとシフトドラムとの回転位相差を検知することが可能となる。また、ロータリエンコーダからの出力信号はオンオフ信号によるパルス波形であるため、出力信号が電圧値であるポテンショメータに比して、シフトドラムの初期位置からの回転角度の大きさやセンサ精度等に影響されずに、ロストモーション機構の作動を検知することができる。

第４の特徴によれば、アクチュエータは電動モータであるので、シフトドラムの電気的な制御に適したシーケンシャル式有段変速機を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る変速機構２０の断面図である。変速機構２０は、エンジンのメインシャフト（主軸）とカウンタシャフト（カウンタ軸）との間に、変速段数に応じた複数の歯車対が設けられたシーケンシャル式有段変速機（不図示）において、エンジンの回転駆動力を出力する１つの歯車対を、シフトドラムの回動位置に応じて選択可能とするための機構であり、主軸およびカウンタ軸に隣接して配設されている。

本実施形態に係るシーケンシャル式有段変速機では、主軸およびカウンタ軸上において、同軸上で隣接するギヤ同士の間で回転駆動力を断接する構造にドグクラッチ機構を適用している。このドグクラッチ機構は、ドグ歯とドグ孔とからなる凹凸形状が噛み合うことで回転駆動力を伝達するので、簡単な構成によって伝達ロスの少ない駆動力伝達が可能である。変速機構２０は、主軸およびカウンタ軸上を摺動できる摺動可能ギヤを軸方向に駆動することで、変速段位に応じてドグクラッチ機構の噛合状態を切り換えて、前記１つの歯車対を選択できるように構成されている。

変速機構２０は、主軸およびカウンタ軸と並行に配設される２本のガイド軸３１，３２に摺動可能に取り付けられた４つのシフトフォーク７１，７２，８１，８２を備えている。各シフトフォークには、摺動可能ギヤと係合するガイド爪（７１ａ，７２ａ，８１ａ，８２ａ）と、シフトドラム３０に形成されたガイド溝と係合する円筒凸部（７１ｂ，７２ｂ，８１ｂ，８２ｂ）がそれぞれ設けられている。

ガイド軸３１には、主軸上の第１摺動可能ギヤ（不図示）に係合するシフトフォーク７１と、主軸上の第２摺動可能ギヤ（不図示）に係合するシフトフォーク７２とが取り付けられている。また、他方側のガイド軸３２には、カウンタ軸上の第３摺動可能ギヤ（不図示）に係合するシフトフォーク８１と、カウンタ軸上の第４摺動可能ギヤ（不図示）に係合するシフトフォーク８２とが取り付けられている。

ガイド軸３１，３２と平行に配設されるシフトドラム３０の表面には、主軸側のシフトフォーク７１，７２が係合するガイド溝ＳＭ１，ＳＭ２と、カウンタ軸側のシフトフォーク８１，８２が係合するガイド溝ＳＣ１，ＳＣ２が形成されている。これにより、前記した第１〜第４摺動可能ギヤは、シフトドラム３０の回動動作に伴って、４本のガイド溝の形状に沿って変位するシフトフォーク７１，７２，８１，８２によって駆動されることとなる。

シフトドラム３０は、アクチュエータとしてのシフト制御モータ２１によって所定の位置に回転駆動される。シフト制御モータ２１の回転駆動力は、回転軸２２に固定された第１ギヤ２３、該第１ギヤ２３に噛合する第２ギヤ２４および駆動部材としてのシフタ２５を介して、中空円筒状のシフトドラム３０を回転可能に支持するシフトドラム軸２９に伝達される。このシフトドラム軸２９は、ロストモーション機構４を介してシフトドラム３０に連結されている。ロストモーション機構４は、シフトドラム軸２９とシフトドラム３０とを、弾性部材としてのねじりコイルばね５を介して連結することで、例えば、ドグクラッチが噛み合わずにシフトドラム３０が予定通りに回動できない場合でも、シフト制御モータ２１の動きをねじりコイルばね５で一時的に吸収して、シフト制御モータ２１に過剰な負荷が発生しないようにする機構である。

ロストモーション機構４は、シフトドラム軸２９の図示右端部に取り付けられた駆動ロータ７と、シフトドラム３０の図示右端部に取り付けられた従動ロータ６と、駆動ロータ７および従動ロータ６を連結するねじりコイルばね５とから構成されている。これにより、シフト制御モータ２１の動きが一時的に吸収された状態でシフトドラム３０が回動可能な状態になると、ねじりコイルばね５の弾発力によってシフトドラム３０が所定位置まで回動することとなる。なお、シフタスイッチ２７は、シフトドラム軸２９に固定されたシフタ２５に埋設されたピン２６で回動されるカム２８の位置に基づいて、シフト制御モータ２１が所定位置にあるか否かを検知することができる。

前記したようなドグクラッチ機構は、摺動可能ギヤに形成された複数のドグ歯を、該摺動可能ギヤと隣合う摺動不能ギヤに形成された複数のドグ孔に噛み合わせることで、両ギヤ間の回転駆動力の伝達を行う機構である。これにより、変速時には、ドグクラッチの噛合およびその解除が繰り返し実行されることとなるが、ドグ歯とドグ孔とを噛み合わせる構成上、ドグ歯およびドグ孔にかかる回転駆動力に差が生じている時には、噛合およびその解除がスムーズに完了しない場合がある。具体的には、ドグクラッチを噛合させる際には、ドグ歯がドグ孔に入らず、ドグ歯が摺動不能ギヤの側壁面に突き当たったままの「ドグ先当たり状態」となってスムーズに噛合が完了しないことがある。また、ドグクラッチの噛合を解除する際には、ドグ歯がドグ孔から抜けない「ドグ先引っかかり状態」となってスムーズに解除が完了しないことがある。本実施形態に係る変速機構２０では、ロストモーション機構４の作動を検知することによって、ドグクラッチの噛合状態を推測できるようにした点に特徴がある。

図２は、本実施形態に係るロストモーション機構４およびその周辺機器の構成を示す模式図である。前記と同一符号は、同一または同等部分を示す。本実施形態では、ロータリエンコーダを用いてシフトドラム３０およびシフタ２５の回転位相をそれぞれ検知することで、ロストモーション機構４の作動状態を推測できるように構成されている。

前記したように、アクチュエータとしてのシフト制御モータ２１は、制御ユニット１の駆動指令に基づいて、シフトドラム軸２９に固定されたシフタ２５を回転させる。本実施形態では、このシフタ２５に、スリット円盤１０および発光素子３ａおよび受光装置３からなる、アクチュエータ回転位相検出手段としてのアクチュエータ側ロータリエンコーダ１４が設けられている。また、シフトドラム軸２９とロストモーション機構４を介して連結されるシフトドラム３０の左端部には、スリット円盤１０および発光素子２ａおよび受光装置２からなる、シフトドラム回転位相検出手段としてのシフトドラム側ロータリエンコーダ１３が設けられている。

本実施形態では、前記した２つのロータリエンコーダ１３，１４を同一の構成としており、発光素子２ａ，３ａに赤外光の発光ダイオードが適用され、受光装置２，３にはフォトトランジスタからなる受光素子（不図示）が収納されている。また、前記スリット円盤１０は、図３に示すように、金属等からなる薄板１１に、複数の長方形のスリット１２を周方向に対して等間隔に形成したものであり、これにより、スリット円盤１０の回転に伴って、光の遮断と通過が繰り返されてパルス波形の信号が出力される。そして、受光装置２，３からの出力信号は、それぞれ制御ユニット１に入力される。

２枚のスリット円盤１０は、ロストモーション機構４が作動していない状態で、２つのロータリエンコーダの出力信号が同一となるように取り付けられている。本実施形態では、スリット円盤１０のスリット１２を、シフトドラム３０の所定回動位置に合わせて配置することで、シフトドラム３０が各変速段に応じた所定回動位置にある時に、発光素子２ａ，３ａからの光が通過するように構成されている。

図４は、通常動作時における２つのロータリエンコーダの出力信号を示すグラフである。このグラフでは、所定回動位置同士の間で間歇送りされるシフトドラム３０において、同一の時間間隔で変速動作が順次行われた例を示している。通常動作時、すなわち、ロストモーション機構４が作動していない状態では、シフタ２５およびシフトドラム３０が同期回転するので、アクチュエータ側のロータリエンコーダ出力信号（ａ）およびシフトドラム側のロータリエンコーダ出力信号（ｂ）も同期する。このグラフでは、時刻ｔ１において、発光素子からの光がスリット１２を通過し始める、換言すれば、シフトドラム３０が過渡位置を過ぎて所定回動位置に到達したことを示している。

なお、シフトドラム３０の複数の所定回動位置に対してパルス信号の基準位置を設定し、制御ユニット１によって基準位置からのパルス数をカウントするように構成すれば、ロータリエンコーダをギヤポジションセンサとして使用することが可能である。なお、この基準位置およびカウント数は種々の変形が可能である。また、両ロータリエンコーダの出力信号が同期している場合には、シフトドラム３０が予定通り所定回動位置に駆動されて、ドグクラッチの噛合または噛合の解除が正常に完了したと推測できる。

図５は、ロストモーション機構作動時における２つのロータリエンコーダの出力信号を示すグラフである。こちらも、所定回動位置同士の間で間歇送りされるシフトドラム３０において、同一の時間間隔で変速動作が順次行われた例を示しているが、このグラフでは、時刻ｔ２でアクチュエータ側ロータリエンコーダ１４の出力信号（ｃ）が立ち上がるのに対し、シフトドラム側ロータリエンコーダ１３の出力信号（ｄ）は、時刻ｔ２より遅れて時刻ｔ３で立ち上っている。この出力信号は、シフタ２５の回動動作に対してシフトドラム３０の回動動作が遅れたことを示しており、これにより、ロストモーション機構４が作動したこと（作動状態）が検知されることとなる。そして、ロストモーション機構４が作動したことから、変速動作時にドグクラッチの噛合または噛合の解除がスムーズに行われなかったと推測することができる。なお、制御ユニット１は、アクチュエータ側とシフトドラム側との回転位相差に対して所定の値を設定しておくことができ、回転位相差がこの所定値以上になったときに、ロストモーション機構４が作動したと判定するように構成することが可能である。

ドグクラッチが噛合される際にロストモーション機構４の作動が検知された場合は、ドグ歯がドグ孔に入らず、ドグ歯が摺動不能ギヤの側壁面に突き当たったままの「ドグ先当たり状態」が発生したと推測される。また、ドグクラッチの噛合を解除する際にロストモーション機構４の作動が検知された場合は、ドグ歯がドグ孔から抜けない「ドグ先引っかかり状態」が発生したと推測される。ここで、所定ギヤ段間での変速動作時に、ドグクラッチが噛合されようとしているのか、または、噛合状態が解除されようとしているのかは、シーケンシャル式変速装置や変速機構２０の構成に基づいて、予め制御ユニット１に記憶させておくことができる。したがって、変速前後のギヤ段数が認識されていれば、ロストモーション機構４の作動時に、ドグ先当たり状態またはドグ先引っかかり状態のどちらが発生しているかを推測することができる。

上記したように、本発明に係るシーケンシャル式変速装置によれば、ロストモーション機構を介して連結されるシフタおよびシフトドラムの回転位相を、それぞれロータリエンコーダで検出するようにしたので、両ロータリエンコーダの出力信号に位相差が生じたことを検知することで、ロストモーション機構の作動状態を把握できるようになる。これにより、ドグクラッチを噛合させる際にロストモーション機構の作動が検知されると、ドグ歯がドグ孔に入らないドグ当たり状態が発生したと推測でき、また、ドグクラッチの噛合を解除する際にロストモーション機構の作動が検知されると、ドグ歯がドグ孔から抜けないドグ引っかかり状態が発生したと推測することが可能となる。

また、ロータリエンコーダは、発光素子、受光素子およびスリット円盤による簡単な構成であるので、ポテンショメータ等の回転角度センサを使用する場合に比して、簡単な構成でロストモーション機構の作動を検知することが可能となる。さらに、ロータリエンコーダの出力信号はオンオフ信号によるパルス波形であるため、出力信号が電圧値であるポテンショメータに比して、シフトドラムの初期位置からの回転角度の大きさやセンサ精度等に影響されずに、ドグクラッチの噛合状態を検知することができる。

なお、シーケンシャル式変速装置の構成、ロストモーション機構の構成、ロータリエンコーダを取り付ける部品や取り付け位置、ロータリエンコーダの構成、スリット円盤のスリットの形状や数等は、上記した実施形態に限られず、種々の変更が可能である。例えば、上記した実施形態では、両ロータリエンコーダを同一の構成としたが、それぞれの所定回動位置が検知できれば、両者を異なる構成にしてもよい。

また、ロータリエンコーダは、同一形状のスリット円盤をアクチュエータ側およびシフトドラム側にそれぞれ取り付けて、この２枚のスリット円盤を１組の発光素子および受光装置で挟むように構成とすることもできる。この場合、シフトドラムの所定回動位置において、発光素子の光が２枚のスリット円盤を貫通して受光装置に到達するようにしておき、例えば、アクチュエータ側のスリット円盤が次のスリット位置まで回転しても光が通過しない場合等には、２枚のスリット円盤の回転位相にずれが生じたことで、ロストモーション機構が作動したと推測することが可能となる。さらに、ロストモーション機構の作動検知は、シフタおよびシフトドラムの回転位置をそれぞれポテンショメータ等の回転位置センサで検知して、２つの回転位置センサの出力信号の差に基づいて行うこともできる。

本発明の一実施形態に係る変速機構の断面図である。ロストモーション機構およびその周辺機器の構成を示す模式図である。スリット円盤の正面図である。通常動作時における２つのロータリエンコーダの出力信号を示すグラフである。ロストモーション機構作動時における２つのロータリエンコーダの出力信号を示すグラフである。

符号の説明

１…制御ユニット、２，３…受光素子、２ａ，３ａ…発光素子、４…ロストモーション機構、５…ねじりコイルばね（弾性部材）、６…従動ロータ、７…駆動ロータ、１０…スリット円盤、１３…シフトドラム側ロータリエンコーダ（シフトドラム回転位相検出手段）、１４…アクチュエータ側ロータリエンコーダ（アクチュエータ回転位相検出手段）、２１…シフト制御モータ（アクチュエータ）、２５…シフタ（駆動部材）、２９…シフトドラム軸、３０…シフトドラム

Claims

アクチュエータによってシフトドラムを回動させるシーケンシャル式有段変速機において、
前記アクチュエータで駆動される駆動部材と前記シフトドラムとの間に配設され、両者を弾性部材を介して連結するロストモーション機構と、
前記アクチュエータの回転位相を検出するアクチュエータ回転位相検出手段と、
前記シフトドラムの回転位相を検出するシフトドラム回転位相検出手段とを備え、
前記アクチュエータ回転位相検出手段およびシフトドラム回転位相検出手段の出力信号に基づいて前記アクチュエータとシフトドラムとの回転位相差を検知することで、前記ロストモーション機構の作動を検知するように構成されていることを特徴とするシーケンシャル式有段変速機。
前記回転位相差が所定値以上になると、前記ロストモーション機構の作動が検知されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシーケンシャル式有段変速機。
前記アクチュエータ回転位相検出手段およびシフトドラム回転位相検出手段は、共にロータリエンコーダであることを特徴とする請求項１または２に記載のシーケンシャル式有段変速機。
前記アクチュエータは、電動モータであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のシーケンシャル式有段変速機。