JP2010144803A - 歯車式変速機の変速装置 - Google Patents

Abstract

【課題】歯車式変速機の変速動作に必要なアクチュエータの数を減らし、コスト低減などを図る。
【解決手段】回転角度を制御可能なサーボモータ１８Ａと、これにより回転駆動されると共に、回転運動を軸方向の直線運動に変換するための周溝１８Ｂが外周面に複数形成された回転部材１８Ｃと、その周溝１８Ｂに一端部が移動可能に嵌合される一方、変速動作を行う各シフトフォーク１８Ｄと一体化されたフォークシャフト１８Ｅに他端部が固定される複数のロッド部材１８Ｆと、を含んで構成される歯車式変速機の変速装置において、回転部材１８Ｃの回転角度変化に伴って、ロッド部材１８Ｆを介して各シフトフォーク１８Ｄが変速段（１ｓｔ〜６ｔｈ及びＲｅｖ）に対応した位置に択一的に移動するように、回転部材１８Ｃの周溝１８Ｂの経路を設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、歯車式変速機の変速装置に関する。

歯車式変速機の変速装置として、特開昭５８−１７０９５４号公報（特許文献１）に記載されるように、電子制御されるアクチュエータにより変速動作を行うものが提案されている。この変速装置では、アクチュエータにより、各変速段のシフトフォークを選択する「セレクト動作」、及び、シフトフォークを変速段側に移動させる「シフト動作」が行われる。
特開昭５８−１７０９５４号公報

しかしながら、従来提案技術では、セレクト動作及びシフト動作を個別に行うため、複数のアクチュエータが必要であり、その周辺機器の複雑化と相俟って、コスト上昇が避けられなかった。特に、主変速機と副変速機とを備えた歯車式変速機では、副変速機の変速にもアクチュエータが必要であることから、この問題が顕著に現われていた。

そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、１つのサーボモータで変速動作を行えるようにすることで、必要なアクチュエータの数を減らし、コスト低減などを図った歯車式変速機の変速装置を提供することを目的とする。

このため、本発明では、回転角度を制御可能なサーボモータと、サーボモータにより回転駆動されると共に、回転運動を軸方向の直線運動に変換するための周溝が外周面に複数形成された回転部材と、その周溝に一端部が移動可能に嵌合される一方、変速動作を行う各シフトフォーク又はこれと一体化された部材に他端部が固定される複数のロッド部材と、を含んで構成される歯車式変速機の変速装置において、回転部材の回転角度変化に伴って、ロッド部材を介して各シフトフォークが変速段に対応した位置に択一的に移動するように、回転部材の周溝の経路を設定する。

本発明によれば、サーボモータにより回転部材を回転させると、回転運動を軸方向の直線運動に変換する周溝に沿って、ここに一端部が嵌合しているロッド部材が軸方向に押し出される。ロッド部材が押し出されると、その他端部が固定されているシフトフォーク又はこれと一体化された部材がスライドし、シフトフォークに嵌合されるカップリングスリーブが移動して変速が完了する。このため、歯車式変速機の「セレクト動作」及び「シフト動作」が１つのサーボモータで行われることとなり、変速動作に必要なアクチュエータの数が減ることから、コスト及び重量を低減することができる。

以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、本発明が適用された車両駆動系の概要を示す。
エンジン１０の出力軸には、アクチュエータ１２により断接される摩擦クラッチ１４を介して、歯車式変速機１６が連結される。歯車式変速機１６には、変速動作を行う変速装置としてのギヤシフトユニット１８と、出力軸の回転速度から車速を検出する車速センサ２０と、が取り付けられる。また、車両運転席の近傍には、運転者の操作に応じた変速操作信号を出力するシフトタワー２２が取り付けられる。

車速センサ２０及びシフトタワー２２からの各信号は、コンピュータを内蔵した変速コントロールユニット（以下「変速ＥＣＵ」という）２４に入力される。また、変速ＥＣＵ２４には、エンジン１０を電子制御するエンジンコントロールユニット（以下「エンジンＥＣＵ」という）２６からエンジン負荷信号が入力される。ここで、エンジン負荷信号としては、アクセル開度信号，スロットル開度信号，吸気流量信号，過給圧信号，吸気圧信号，燃料噴射量信号などを利用することができる。なお、エンジン負荷信号は、公知のセンサを用いて直接検出するようにしてもよい。

そして、変速ＥＣＵ２４は、そのＲＯＭ（Read Only Memory）などに記憶された制御プログラムが実行されることで、変速操作信号，車速信号及びエンジン負荷信号に基づいて、摩擦クラッチ１４のアクチュエータ１２及びギヤシフトユニット１８を夫々電子制御し、歯車式変速機１６を自動変速又は手動変速させる。ここで、歯車式変速機１６の自動変速とは、車両走行状態に応じて変速段を自動で切り替えることを意味し、また、歯車式変速機１６の手動変速とは、シフトタワー２２の操作に応答して変速段を切り替えることを意味する。

図２は、ギヤシフトユニット１８の詳細構造を示す。
ギヤシフトユニット１８は、回転角度を制御可能なサーボモータ１８Ａと、これにより回転駆動されると共に、回転運動を軸方向の直線運動に変換するための周溝１８Ｂが外周面に複数形成された回転部材１８Ｃと、その各周溝１８Ｂに一端部が移動可能に嵌合される一方、変速動作を行うシフトフォーク１８Ｄと一体化されたフォークシャフト１８Ｅに他端部が固定される複数のロッド部材１８Ｆと、を含んで構成される。ここで、サーボモータ１８Ａとしては、ＡＣサーボモータ，ＤＣサーボモータ及びステッピングモータなどを利用することができる。また、回転部材１８Ｃの各周溝１８Ｂは、回転部材１８Ｃの回転角度変化に伴って、ロッド部材１８Ｆ及びフォークシャフト１８Ｅを介して各シフトフォーク１８Ｄが変速段に対応した位置に択一的に移動するように、図３に示すように、その経路が設定される。なお、各周溝１８Ｂの経路は、図３に示すように、回転部材１８Ｃの回転角度が増加（減少）するにつれて、歯車式変速機１６が低速段（高速段）から高速段（低速段）に順次変速するシーケンシャル変速になるようにすることが望ましい。

次に、図４及び図５を参照して、ギヤシフトユニット１８による変速動作について説明する。
図４に示す状態において、サーボモータ１８Ａの作動により回転部材１８Ｃが回転すると、回転運動を軸方向の直線運動に変換する周溝１８Ｂに沿って、回転部材１８Ｃに対してロッド部材１８Ｆが相対移動する。図示の例では、最も左側に位置する周溝１８Ｂの経路が回転方向に対して左方に変位しているため、ここに一端部が嵌合しているロッド部材１８Ｆが左方へと押し出される。ロッド部材１８Ｆが左方へと押し出されることで、図５に示すように、その他端部が固定されているフォークシャフト１８Ｅが左方へとスライドし、シフトフォーク１８Ｄを左方へと移動させる。そして、シフトフォーク１８Ｄに嵌合されるカップリングスリーブが移動し、所定の変速段への変速が完了する。なお、他の変速段への変速は、サーボモータ１８Ａを所定角度作動させることで、同様な課程を経て行われる。

このため、歯車式変速機１６の「セレクト動作」及び「シフト動作」が１つのサーボモータ１８Ａで行われることとなり、変速動作に必要なアクチュエータの数が減ることから、コスト及び重量を低減することができる。このとき、主変速機と副変速機とを備えた歯車式変速機１６であっても、１つのサーボモータ１８Ａで主変速機及び副変速機の変速動作を行うことができる。また、サーボモータ１８Ａの回転速度及び回転部材１８Ｃの周溝１８Ｂの経路を適宜設定することで、変速動作中におけるシフトフォーク１８Ｄの移動速度を任意に調整でき、歯車式変速機１６の特性などに応じたチューニングを行うことができる。

ところで、同期噛合式変速機では、シンクロメッシュ機構による同期完了直後に、いわゆる「ギヤ鳴き」が発生し易いことが知られている。その原因としては、同期完了時に、駆動系（特に、プロペラシャフト）に生じていた捩じりが一気に戻ることで変動し、シンクロナイザリングのスプライン端部のチャンファとシンクロナイザスリーブのスプライン端部のチャンファとが干渉するためである。

そこで、変速動作中にシフトフォークの移動速度を任意に調整できることに着目し、変速ＥＣＵ２４が次のような変速制御を行うことで、同期完了直後のギヤ鳴きを抑制することができる。

図６は、変速ＥＣＵ２４による変速制御を示す。なお、この変速制御は、自動変速において変速条件が成立し、又は、手動変速においてギヤシフトユニット１８が操作され、かつ、摩擦クラッチ１４が切断された後に実行される。

ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様）では、目標変速段に適合した回転角度となるように、サーボモータ１８Ａを作動させる。
ステップ２では、サーボモータ１８Ａの回転角度が目標変速段における同期完了位置になったか否かを介して、同期が完了したか否かを判定する。そして、同期が完了したならばステップ３へと進む一方（Ｙｅｓ）、同期が完了していなければ待機する（Ｎｏ）。

ステップ３では、サーボモータ１８Ａの作動を停止させる。
ステップ４では、サーボモータ１８Ａを停止させてから所定時間経過したか否かを判定する。ここで、所定時間は、駆動系の変動が収束するまでの時間を確保するためのものであって、例えば、０．５秒程度の値に設定される。そして、サーボモータ１８Ａの停止から所定時間経過したならばステップ５へと進む一方（Ｙｅｓ）、サーボモータ１８Ａの停止から所定時間経過していなければ待機する（Ｎｏ）。

ステップ５では、サーボモータ１８Ａを作動させる。
ステップ６では、サーボモータ１８Ａの回転角度が目標変速段における変速完了位置になったか否かを介して、変速が完了したか否かを判定する。そして、変速が完了したならばステップ７へと進む一方（Ｙｅｓ）、変速が完了していなければ待機する（Ｎｏ）。

ステップ７では、サーボモータ１８Ａの作動を停止させる。
このような変速制御を行うと、サーボモータ１８Ａの回転角度が目標変速段における同期完了位置になったとき、即ち、同期完了直後に、その作動が所定時間だけ一時停止される。そして、サーボモータ１８Ａが一時停止している間に駆動系の変動が収束し、シンクロナイザリングのスプライン端部のチャンファとシンクロナイザスリーブのスプライン端部のチャンファとの干渉が起こり難くなることで、ギヤ鳴きを抑制することができる。

ここで、駆動系の捩じりは、伝達トルクと密接に関連するエンジン負荷に応じて動的に変化するため、サーボモータ１８Ａの作動を一時停止させる所定時間として、図７に示すように、エンジン負荷に比例して徐々に大きくなる値を動的に設定することが望ましい。所定時間の具体的設定方法としては、所定の数式にエンジン負荷を代入して設定する他、図７に示すような特性を有する制御マップを参照して設定することができる。このようにすれば、駆動系の捩じりの大きさに応じた所定時間だけサーボモータ１８Ａの作動が一時停止されるため、駆動系の変動が収束するまでの時間が適切に確保され、変速時間の増加を抑制しつつ、ギヤ鳴きを効果的に抑制することができる。

なお、歯車式変速機１６の変速動作に大きな出力が必要な場合には、サーボモータ１８Ａと回転部材１８Ｃとの間に、公知の減速機を介在させるようにすればよい。このようにすれば、高出力なサーボモータ１８Ａが不要となることから、コスト，サイズ及び重量の増加を抑制することができる。また、回転部材１８Ｃとしては、回転軸回りの曲げモーメントが小さいことに着目し、中空円筒形状のものを利用することで軽量化を図ることもできる。さらに、ロッド部材１８Ｆの先端部は、シフトフォーク１８Ｄに直接固定することもできる。

本発明が適用された車両駆動系の概要図 ギヤシフトユニットの詳細構造図 回転部材に形成された周溝の経路の説明図 変速動作前のギヤシフトユニットの状態を示し、（Ａ）は変速機構の説明図、（Ｂ）は経路に対するロッド部材の位置の説明図 変速動作後のギヤシフトユニットの状態を示し、（Ａ）は変速機構の説明図、（Ｂ）は経路に対するロッド部材の位置の説明図 ギヤ鳴きを抑制する変速制御を示すフローチャート エンジン負荷に応じた所定時間の説明図

符号の説明

１６ 歯車式変速機
１８ ギヤシフトユニット
１８Ａ サーボモータ
１８Ｂ 周溝
１８Ｃ 回転部材
１８Ｄ シフトフォーク
１８Ｅ フォークシャフト
１８Ｆ ロッド部材

Claims (5)

1. 回転角度を制御可能なサーボモータと、
   前記サーボモータにより回転駆動されると共に、回転運動を軸方向の直線運動に変換するための周溝が外周面に複数形成された回転部材と、
   前記回転部材の各周溝に一端部が移動可能に嵌合される一方、変速動作を行う各シフトフォーク又はこれと一体化された部材に他端部が固定される複数のロッド部材と、
   を含んで構成され、
   前記回転部材の各周溝は、該回転部材の回転角度変化に伴って、前記ロッド部材を介して各シフトフォークが変速段に対応した位置に択一的に移動するように、その経路が設定されていることを特徴とする歯車式変速機の変速装置。
2. 前記サーボモータを電子制御するコントロールユニットが、該サーボモータの回転角度が各変速段における同期完了位置になったときに、その作動を所定時間だけ一時停止させることを特徴とする請求項１記載の歯車式変速機の変速装置。
3. 前記コントロールユニットが、前記所定時間として、エンジン負荷に比例して徐々に大きくなる値を動的に設定することを特徴とする請求項２記載の歯車式変速機の変速装置。
4. 前記サーボモータと回転部材との間に、減速機が介在されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の歯車式変速機の変速装置。
5. 前記回転部材は、中空円筒形状をなしていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の歯車式変速機の変速装置。

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