JP2011099530A - 機械式自動変速機の制御装置及び同期開始タイミング取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シンクロ機構を備えた機械式自動変速機において、円滑なギア入れ動作延いては変速制御を行える機械式自動変速機の変速制御装置を提供する。
【解決手段】シンクロ機構を備えた機械式自動変速機の制御装置であって、ギア入れ動作に伴いシンクロコーンのテーパ面とシンクロナイザリングのテーパ面との係わり合いが開始されるが、その際に、カウンターシャフト（入力軸）の回転速度の変化度合いに基づいて、カップリングスリーブ（可動部材）の回転と、選択された回転自在側変速ギアの回転と、の同期が開始される同期開始タイミングを取得し、同期開始タイミングの取得後少なくとも所定期間、アクチュエータ（駆動手段）へ供給する電流を略一定に制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、機械式自動変速機の制御装置及び同期開始タイミング取得装置に関する。

従来より、クラッチ機構１０を介して内燃機関（エンジン）の出力軸１と変速機１００の入力軸１１０とを接続／切断（以下、接断と省略する場合もある）可能に回転連結する一方、変速機１００の入力軸１１０と出力軸１２０とを回転連結するための、カウンターシャフト１３０に固定された複数段の変速ギア１４０を、その複数段の組み合わせの中から選択することにより、変速機１００の入力軸１１０と出力軸１２０との間の変速比を切り換え可能に構成された機械式変速機（図１等参照）がある。

また、図１に示したように、運転者或いは変速制御装置２００からの変速指示に従って、機械式変速機１００の変速比、すなわち、変速機１００の入力軸１１０と出力軸と１２０を回転連結する変速ギア１４０を、油圧、空気圧、電動モータ等のアクチュエータ２１０の駆動力を利用して自動的に切り換えることができるようにした機械式自動変速機が知られている。

ここで、運転者或いは変速制御装置２００からの変速指示に従って、所定の変速比を達成可能な変速ギア１４０のうちの何れかを介して変速機１００の入力軸１１０と出力軸１２０とを回転連結するようアクチュエータ２１０を介して変速制御装置２００が自動変速操作を行なう際に、シンクロナイザリング１４４（図４〜図７等参照）の同期（シンクロ）位置（シンクロナイザリング１４４により、出力軸１２０側と、入力軸１１０（カウンタシャフト１３０）側と、が滑りを伴いながら同期（回転連結）が開始され始めるスライド方向位置）が不明な状態で自動的にギア入れ動作を行わせると、ギア入れの際にシンクロナイザリング１４４のテーパ面（摩擦テーパ面）１４４Ａとシンクロコーン１４２のテーパ面（摩擦テーパ面）１４２Ａとが係り合う際のアクチュエータ２１０の出力に大小が生じ、これによりギア入れ荷重（シフトフォーク１６０の押圧力）にバラツキが生じる惧れがある。

このようなバラツキは、例えば荷重が大きい側である場合にはシンクロナイザリング１４４やシンクロコーン１４２のテーパ面の摩耗を増加させるなどの惧れがある一方で、荷重が小さい側である場合には同期完了（延いては変速完了）までに比較的長時間を要することとなって、例えば運転特性に悪影響を与えるなどの惧れがある。

なお、シンクロナイザリング１４４は、内周スプライン溝１５１と、シンクロコーン１４２の外周歯１４３と、を同期させて係合を助けるためのシンクロ機構の構成要素の１つである。
また、自動変速操作は、例えば、変速機１００の入力軸１１０と一体的に回転するカウンタシャフト１３０に固定される複数段のうちの所定段の入力側変速ギア１４０Ａ（本明細書では、当該入力側変速ギアが、回転連結側変速ギアに相当する）と噛合している出力側変速ギア１４０Ｂ（本明細書では、当該出力側変速ギアが、回転自在側変速ギアに相当する）を、出力軸１２０と回転連結するためのカップリングスリーブ１５０の内周に刻設される内周スプライン溝１５１が、対応する出力側変速ギア１４０Ｂのドグ１４１と係合するシンクロコーン１４２の外周歯１４３に係合するように、アクチュエータ２１０の駆動力により駆動されるシフトフォーク１６０を介して、前記カップリングスリーブ１５０を、前記対応する出力側変速ギア１４０Ｂに向けて軸方向に移動させることにより行なわれる（図４、図５、図６等参照）。

ところで、特許文献１には、電気的に制御されるアクチュエータにより、シンクロメッシュ式のトランスミッション（機械式変速機）の変速比を制御する変速制御装置において、一回の同期に費やされる時間が複数回の同期の間において安定するようにアクチュエータを制御するようにしたものが記載れている。

特開２００２−１２２２３０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の変速制御装置は、同期制御開始後に、特許文献１の図２の符号３４（スリーブ）と、符号Ａ或いはＢ（遊動ギヤ）と、の相対回転数や、同期の進行に伴う入力回転速度の変化の様子などを観察し、同期制御中の同期の進行具合が安定するようにアクチュエータの駆動を制御しようとするもので、同期開始位置（同期開始タイミング）を検出して、そのときのアクチュエータの駆動バラツキを抑制するようにして、円滑なギア入れ動作延いては変速制御を行えるようにするものとは異なる。

なお、同期開始を精度良く取得できるようにして、より円滑にギア入れ動作延いては変速制御を行えるようにすることも望まれる。

本発明は、かかる実情に鑑みなされたもので、簡単かつ安価な構成でありながら、シンクロ機構を備えた機械式自動変速機において、円滑なギア入れ動作延いては変速制御を行える機械式自動変速機の変速制御装置を提供することを目的とする。また、シンクロ機構を備えた機械式自動変速機において、同期開始位置（同期開始タイミング）を精度良く取得できる同期開始タイミング取得装置を提供することを目的とする。

このため、本発明に係るシンクロ機構を備えた機械式自動変速機の変速制御装置は、
入力軸或いは出力軸の一方に対して回転連結されると共に軸方向に並んで配設される複数の回転連結側変速ギアと、対応する回転連結側変速ギアに各々噛合されると共に入力軸或いは出力軸の他方に対して同軸的かつ回転自在に配設される複数の回転自在側変速ギアと、を備え、前記複数の回転自在側変速ギアのうちから選択される一つに、前記他方と一体的に回転連結されつつ軸方向に移動可能に構成される可動部材を、駆動手段から提供される駆動力を介して移動させて係合させることにより、所定の変速比で前記一方と前記他方とを回転連結するようにした機械式自動変速機であって、前記可動部材を係合させる際に、前記可動部材の軸方向への移動に連動してシンクロナイザリングを前記選択された回転自在側変速ギア側に押し付けることにより、前記可動部材の回転と、前記選択された回転自在側変速ギアの回転と、を同期させるシンクロ機構を備えた機械式自動変速機の制御装置であって、
前記一方の回転速度の変化度合いに基づいて、前記可動部材の回転と、前記選択された回転自在側変速ギアの回転と、の同期が開始される同期開始タイミングを取得し、
同期開始タイミングの取得後少なくとも所定期間、前記駆動手段へ供給するエネルギを略一定に制御することを特徴とする。

本発明において、同期開始タイミングの取得は、前記一方の回転速度の２回微分値に基づくことを特徴とすることができる。例えば、２回微分値が所定閾値を超えたときに同期が開始したと判断する構成とすることができる。

また、本発明に係るシンクロ機構を備えた機械式自動変速機の同期開始タイミング取得装置は、
入力軸或いは出力軸の一方に対して回転連結されると共に軸方向に並んで配設される複数の回転連結側変速ギアと、対応する回転連結側変速ギアに各々噛合されると共に入力軸或いは出力軸の他方に対して同軸的かつ回転自在に配設される複数の回転自在側変速ギアと、を備え、前記複数の回転自在側変速ギアのうちから選択される一つに、前記他方と一体的に回転連結されつつ軸方向に移動可能に構成される可動部材を、駆動手段から提供される駆動力を介して移動させて係合させることにより、所定の変速比で前記一方と前記他方とを回転連結するようにした機械式自動変速機であって、前記可動部材を係合させる際に、前記可動部材の軸方向への移動に連動してシンクロナイザリングを前記選択された回転自在側変速ギア側に押し付けることにより、前記可動部材の回転と、前記選択された回転自在側変速ギアの回転と、を同期させるシンクロ機構を備えた機械式自動変速機の同期開始タイミング取得装置であって、
前記一方の回転速度の２回微分値に基づいて、前記可動部材の回転と、前記選択された回転自在側変速ギアの回転と、の同期が開始される同期開始タイミングを取得することを特徴とする。例えば、２回微分値が所定閾値を超えたときに同期が開始したと判断する構成とすることができる。

本発明によれば、簡単かつ安価な構成でありながら、シンクロ機構を備えた機械式自動変速機において、円滑なギア入れ動作延いては変速制御を行える機械式自動変速機の変速制御装置を提供することができると共に、同期開始位置（同期開始タイミング）を精度良く取得できる同期開始タイミング取得装置を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係るシンクロ機構を備えた機械式自動変速機の変速制御装置のシステム構成例並びに構造例を概略的に示す全体構成図である。 同上実施の形態に係る変速制御装置により実行される変速制御の一例を説明するフローチャートである。 同上実施の形態に係る変速制御装置により実行される変速制御の一例を説明するタイミングチャートである。 同上実施の形態に係る自動変速機の変速動作に関連する要素を拡大して示す断面図である（変速（ギア入れ動作）開始前の状態）。 同上実施の形態に係る自動変速機の変速動作に関連する要素を拡大して示す断面図である（変速完了状態）。 図４のＡ方向から自動変速機の変速動作に関連する要素を見た断面図である。 同上実施の形態に係る自動変速機の変速操作に関連する要素が、同期開始状態から同期完了状態を経て変速完了状態（ギア入れ動作完了状態）へ移行する過程を説明するための図である。

以下に、本発明に係るシンクロ機構を備えた機械式自動変速機の変速制御装置の一実施の形態について、添付の図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態により、本発明が限定されるものではない。

本実施の形態に係るシンクロ機構を備えた機械式自動変速機１００は、図１、図４〜図７で説明した従来のものと同様であるので、ここでは詳細な説明は省略するものとする。

本実施形態に係る変速制御装置２００では、図２に示すフローチャートに示した変速制御を実行する。なお、本フローチャートは、変速制御装置２００による変速制御の実行中において、運転者のシフトレバー等の手動操作により或いは変速制御装置２００から変速指示（シフト指示）があった場合に実行される。

図２に示したように、
ステップ（以下、Ｓと記す。）１では、シフト指示判定が成立したか否かを判定する。

シフト指示判定は、クラッチ制御及びエンジン制御が実行中で変速制御装置２００による変速制御の実行中であること、クラッチ機構１０に対する切断指示が出されたこと（運転者が操作するクラッチペダルのＯＮ信号、或いは運転者がクラッチペダルを操作せず自動的にクラッチ機構１０の接断を行なうものにあっては制御信号に基づいて判断することができる）、前回の変速操作が完了した後にギア抜き指示が発生され当該指示の発生から所定時間経過していること、クラッチストロークセンサ２５０の出力信号≧規定値であること（クラッチ機構１０が十分に切断されていること）、に基づいて成立しているか否かが判定される。ＹＥＳであればＳ２へ進み、ＮＯであればＳ１へリターンする。

Ｓ２では、変速指示に従って目標の変速ギア位置へ変速動作（ギア入れ動作）を開始する。ギア入れ動作は、シフトフォーク１６０延いてはカップリングスリーブ１５０（本発明に係る可動部材に相当する）を所定に移動（スライド）させるが、その移動は、電動モータ等からなるアクチュエータ２１０の駆動力が利用される。

なお、カップリングスリーブ１５０が本発明に係る可動部材に相当し、アクチュエータ２１０が本発明に係る駆動手段に相当する。

ここでは、例えば、ギア入れ動作開始から、シフトフォーク１６０延いてはカップリングスリーブ１５０（本発明に係る可動部材に相当する）を一定速度で移動させるために、アクチュエータ２１０の出力を一定の速度で制御する。
この間は、例えば、アクチュエータ２１０を速度制御にて制御するため、負荷の変動やバラツキなどの存在により、アクチュエータ２１０への出力電流は一定にはならない。

Ｓ２の動作により、シフトフォーク１６０と係り合うカップリングスリーブ１５０延いてはシンクロナイザリング１４４のテーパ面１４４Ａと、シンクロコーン１４２のテーパ面１４２Ａと、の間で、介在する潤滑油にせん断力が作用し始めて同期が開始され（図６（Ａ）の同期開始状態）、その後徐々に図６（Ｂ）の状態（同期完了状態）へと移行する。

そして、シンクロナイザリング１４４の回転速度と、シンクロコーン１４２の回転速度と、が一致して、図６（Ｃ）の状態（変速完了状態）のように、カップリングスリーブ１５０がスライド方向に移動可能となって、カップリングスリーブ１５０の内周スプライン溝１５１と、シンクロコーン１４２の外周歯１４３と、が係合できるようになるまでの間（すなわち、同期完了状態となるまでの間）、例えばシフトフォーク１６０（カップリングスリーブ１５０）のスライド方向位置はアクチュエータ２１０を介して位置制御されるが、シフトフォーク１６０（カップリングスリーブ１５０）をスライド方向に位置制御する際に生じる同期荷重（シフトフォーク１６０（カップリングスリーブ１５０）をスライド方向所定位置に制御するための反力）は一定でないため、アクチュエータ２１０への出力電流も一定にはならない。

ところで、シンクロナイザリング１４４のテーパ面１４４Ａと、シンクロコーン１４２のテーパ面１４２Ａと、を介して行われる同期中（シンクロ中）において、従来のようにアクチュエータ２１０への出力電流を位置制御等により制御する場合（図 （ｂ）参照）には、シフトフォーク１６０（カップリングスリーブ１５０）の押圧力、すなわち、シンクロナイザリング１４４のテーパ面１４４Ａを、シンクロコーン１４２のテーパ面１４２Ａへ押し付ける押圧力にバラツキが生じ、例えば押圧力が大きく変動するような場合にはシンクロナイザリング１４４のテーパ面１４４Ａやシンクロコーン１４２のテーパ面１４２Ａの摩耗を増加させるなどの惧れがある。

本発明者は種々の検討、実験・研究等を行い、その結果、シンクロナイザリング１４４のテーパ面１４４Ａと、シンクロコーン１４２のテーパ面１４２Ａと、が当接する直前に、アクチュエータ２１０への出力電流（駆動手段へ供給するエネルギの一例に相当）を一定に制御することが、摩耗等を低減しつつ円滑なギア入れ動作を実現できるうえで好ましいという知見を得た。

そこで、本実施の形態では、以下のような特性に着目して、シンクロナイザリング１４４のテーパ面１４４Ａと、シンクロコーン１４２のテーパ面１４２Ａと、が当接状態となる直前状態を検出し、その検出結果に基づいて、アクチュエータ２１０の制御状態を、例えば位置制御状態から、アクチュエータ２１０への出力電流（アクチュエータ２１０へ供給されるエネルギ）を一定或いは略一定に維持するような制御（時間に対する変動の小さい制御状態）に切り換える。

すなわち、シンクロナイザリング１４４のテーパ面１４４Ａと、シンクロコーン１４２のテーパ面１４２Ａと、の間で、介在する潤滑油のせん断力が作用し始めて同期荷重が発生すると、例えばシフトアップの場合には、出力軸１２０の回転速度と同期しようとして、図３（ｃ）に示すように、カウンターシャフト１３０延いては入力軸１１０の回転速度が、降下を開始する。

本実施の形態では、Ｓ３に示すように、この回転速度の降下が開始されるシフトフォーク１６０（カップリングスリーブ１５０）のスライド方向位置を、同期開始位置（同期開始タイミング）として取得する。なお、取得した同期開始位置（同期開始タイミング）を変速条件（例えば変速段位置）等に対応させて学習し、次回変速制御の際に学習値を利用したり、学習値の経時変化に基づいて各部磨耗や潤滑油の劣化などの異常を診断するようなことも可能である。

なお、同期開始位置の検出（或いは取得）は、例えばインプット回転センサ２３０の検出信号変化（カウンターシャフト１３０（入力軸１１０）の回転速度変化）などを観察することにより取得することができる。

図３（ｃ）に、カウンターシャフト１３０（入力軸１１０）の回転速度の時間変化の様子をタイミングチャートに示す。カウンターシャフト１３０（入力軸１１０）の回転速度が所定閾値以上に変化（アップシフトでは降下、ダウンシフトでは上昇）した点を同期開始位置として検出することができるが、やや検出精度に劣る。

図３（ｄ）には、カウンターシャフト１３０（入力軸１１０）の回転速度の時間に対する微分値をタイミングチャートに示す。図３（ｄ）から、微分値を観察して所定以上の変化が観察されたときを同期開始位置（同期開始タイミング）として検出する（例えば所定閾値と比較して、微分値が所定閾値を超えたときに同期が開始したと判断する）ことで、同期開始位置（同期開始タイミング）の検出精度を高めることができることが解る。（例えば所定閾値と比較して、微分値が所定閾値を超えたときに同期が開始したと判断する）

更に、図３（ｅ）には、カウンターシャフト１３０（入力軸１１０）の回転速度を２回微分した値（カウンターシャフト１３０（入力軸１１０）の回転角速度の変化量に相当）をタイミングチャートに示す。
この図３（ｅ）から、２回微分値を観察して所定以上の変化が観察されたとき（例えば所定閾値との比較）を同期開始位置（同期開始タイミング）として検出する（例えば所定閾値と比較して、２回微分値が所定閾値を超えたときに同期が開始したと判断する）ことで、同期開始位置（同期開始タイミング）の検出精度を格段に高めることができることが理解される。

そして、Ｓ４では、図３（ｂ）に示すように、例えば位置制御により出力電流が変動しているアクチュエータ２１０の制御状態を、同期開始位置（同期開始タイミング）が検出されてから所定期間（例えば同期完了まで）アクチュエータ２１０への出力電流を一定に維持するような制御を行う。

これにより、ギア入れ動作の際に、シフトフォーク１６０（カップリングスリーブ１５０）の押圧力、すなわち、シンクロナイザリング１４４のテーパ面１４４Ａを、シンクロコーン１４２のテーパ面１４２Ａへ押し付ける押圧力のバラツキを抑制できるため、例えばテーパ面１４２Ａ、１４４Ａの摩耗等を抑制しつつ、円滑なギア入れ動作延いては変速制御を実現することができる。
なお、アクチュエータ２１０への出力電流を一定に維持した制御の後におけるアクチュエータ２１０の制御については、従来同様の制御手法を利用することができる。

以上のように、本実施の形態に係る変速制御装置２００によれば、簡単かつ安価な構成でありながら、同期メカニズムを備えた機械式自動変速機１００において、同期開始タイミングを精度良く取得することができると共に、円滑なギア入れ動作延いては変速制御を行うことができる。

なお、本発明に係る車両動力源は、内燃機関等のエンジンに限定されるものではなく、外燃機関、モータ等の他の動力源、或いはこれらを組み合わせたものであっても良い。また、内燃機関はディーゼルエンジン、ガソリンエンジンの他、アルコールその他の雑燃料エンジンなどであって良いものである。

以上で説明した本実施の形態は、本発明を説明するための例示に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 内燃機関等のエンジンの出力軸
１０ クラッチ機構
１００ 機械式自動変速機
１１０ 入力軸
１２０ 出力軸
１３０ カウンターシャフト
１４０ 変速ギア
１４０Ａ 入力側変速ギア（回転連結側変速ギア）
１４０Ｂ 出力側変速ギア（回転自在側変速ギア）
１４２ シンクロコーン
１４２Ａ テーパ面
１４３ 外周歯
１４４ シンクロナイザリング
１４４Ａ テーパ面
１５０ カップリングスリーブ（可動部材）
１５１ 内周スプライン溝
２００ 変速制御装置
２１０ アクチュエータ（駆動手段）
２５０ クラッチストロークセンサ

Claims (3)

1. 入力軸或いは出力軸の一方に対して回転連結されると共に軸方向に並んで配設される複数の回転連結側変速ギアと、対応する回転連結側変速ギアに各々噛合されると共に入力軸或いは出力軸の他方に対して同軸的かつ回転自在に配設される複数の回転自在側変速ギアと、を備え、前記複数の回転自在側変速ギアのうちから選択される一つに、前記他方と一体的に回転連結されつつ軸方向に移動可能に構成される可動部材を、駆動手段から提供される駆動力を介して移動させて係合させることにより、所定の変速比で前記一方と前記他方とを回転連結するようにした機械式自動変速機であって、前記可動部材を係合させる際に、前記可動部材の軸方向への移動に連動してシンクロナイザリングを前記選択された回転自在側変速ギア側に押し付けることにより、前記可動部材の回転と、前記選択された回転自在側変速ギアの回転と、を同期させるシンクロ機構を備えた機械式自動変速機の制御装置であって、
   前記一方の回転速度の変化度合いに基づいて、前記可動部材の回転と、前記選択された回転自在側変速ギアの回転と、の同期が開始される同期開始タイミングを取得し、
   同期開始タイミングの取得後少なくとも所定期間、前記駆動手段へ供給するエネルギを略一定に制御することを特徴とするシンクロ機構を備えた機械式自動変速機の制御装置。
2. 同期開始タイミングの取得は、前記一方の回転速度の２回微分値に基づくことを特徴とする請求項１に記載のシンクロ機構を備えた機械式自動変速機の制御装置。
3. 入力軸或いは出力軸の一方に対して回転連結されると共に軸方向に並んで配設される複数の回転連結側変速ギアと、対応する回転連結側変速ギアに各々噛合されると共に入力軸或いは出力軸の他方に対して同軸的かつ回転自在に配設される複数の回転自在側変速ギアと、を備え、前記複数の回転自在側変速ギアのうちから選択される一つに、前記他方と一体的に回転連結されつつ軸方向に移動可能に構成される可動部材を、駆動手段から提供される駆動力を介して移動させて係合させることにより、所定の変速比で前記一方と前記他方とを回転連結するようにした機械式自動変速機であって、前記可動部材を係合させる際に、前記可動部材の軸方向への移動に連動してシンクロナイザリングを前記選択された回転自在側変速ギア側に押し付けることにより、前記可動部材の回転と、前記選択された回転自在側変速ギアの回転と、を同期させるシンクロ機構を備えた機械式自動変速機の同期開始タイミング取得装置であって、
   前記一方の回転速度の２回微分値に基づいて、前記可動部材の回転と、前記選択された回転自在側変速ギアの回転と、の同期が開始される同期開始タイミングを取得することを特徴とするシンクロ機構を備えた機械式自動変速機の同期開始タイミング取得装置。
   

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