JP2012207685A

JP2012207685A - 車両の自動変速装置

Info

Publication number: JP2012207685A
Application number: JP2011071924A
Authority: JP
Inventors: Takehiro Enami; 健宏江浪; Nobuhiko Hayashi; 暢彦林
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2012-10-25

Abstract

【課題】シフトロッドをモータでシフト制御する際に、シフト操作を正確に制御できる車両の自動変速装置を提供する。
【解決手段】自動変速装置のシフトロッド３２ａ、３２ｂ、３２ｃのシフトをモータで行うための車両の自動変速装置において、シフトロッド３２ａ、３２ｂ、３２ｃをシフト操作するインターナルレバ３４と、インターナルレバ３４と係合し、インターナルレバ３４をシフト方向に移動するシフトレバ５１と、回転運動を往復直線運動に変換してシフトレバ５１をシフト操作する回転・直動変換機構８０と、該回転・直動変換機構８０に回転力を伝達するための複数のシフトモータ６０、６２と、複数のシフトモータ６０、６２と回転・直動変換機構８０を連結する減速歯車装置５７とを備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の自動変速装置に係り、特にシフト操作のアクチュエータをモータで行うようにした車両の自動変速装置に関するものである。

車両の自動変速装置（ＧｅａｒＳｈｉｆｔＵｎｉｔ：以下ＧＳＵと略）は、マニュアルトランスミッションを自動変速化する装置である。

ＧＳＵの作動は、１）マニュアルトランスミッションの操作である車両軸方向の作動＝ギアを入れたり抜いたりする作動と、２）車両幅方向の作動＝ギアを入れるゲートを選択する作動に分かれる。

上記１）、２）の作動について、１）と２）には各々独立したアクチュエータが１つないし２つで構成され、上記アクチュエータを各々制御して、マニュアルトランスミッションの操作に相当する１）と２）の作動を行う。

上記アクチュエータはＴＣＭ（ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＭｏｄｕｌｅ）と呼ばれる制御装置と位置センサによって制御され、作動目標位置に達するまでアクチュエータが推力を出力し、作動目標に達した場合に推力を停止させることで作動を行う。

現行ＧＳＵは、特許文献１等に示されるようにアクチュエータにソレノイドを使用しており、ソレノイドの制御に対する推力の発生の応答性が遅い問題がある。

そこで、特許文献２に示されるようにモータによってギアシフト機構を作動させることが提案されている。

特開２００４−１９７７７２号公報特開２００２−３４９６９７号公報

しかしながら、特許文献２は、モータと差動遊星歯車によってシャフトを回転し、そのシャフトに連結したシフトヨークを回動し、そのシフトヨークの回動でシフトロッドを直線的に往復動させてシフトするため、シフト操作量がシフトヨークの回転角（±１０°程度）で決定され、モータの減速比を大きくしない限り、シフト操作量を、速度制御しながら正確に制御することは困難である。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、シフトロッドをモータでシフト制御する際に、シフト操作を正確に制御できる車両の自動変速装置を提供することにある。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、自動変速装置のシフトロッドのシフトをモータで行うための車両の自動変速装置において、シフトロッドをシフト操作するインターナルレバと、インターナルレバと係合し、インターナルレバをシフト方向に移動するシフトレバと、回転運動を往復直線運動に変換して前記シフトレバをシフト操作する回転・直動変換機構と、該回転・直動変換機構に回転力を伝達するための複数のシフトモータと、複数のシフトモータと前記回転・直動変換機構を連結する減速歯車装置とを備えたことを特徴とする車両の自動変速装置である。

請求項２の発明は、複数のシフトモータが、第１シフトモータと第２シフトモータとからなり、前記減速歯車装置が、前記第１シフトモータ及び前記第２シフトモータに設けた第１ドライブギア及び第２ドライブギアと、前記回転・直動変換機構に設けたドリブンギアとからなる請求項１記載の車両の自動変速装置である。

請求項３の発明は、前記第１シフトモータと前記第２シフトモータは、それぞれ第１シフトドライバと第２シフトドライバで駆動されると共に、その出力特性が異なるように設定され、その出力特性に合わせて前記第１ドライブギア及び前記第２ドライブギアのギヤ数が設定され、これにより前記シフトロッドのシフト操作の出力特性を調整する請求項１記載の車両の自動変速装置である。

本発明は、シフトロッドのシフト操作をシフトモータで行う際に、複数のシフトモータの回転を回転・直動変換機構にて直線運動に変換し、シフトレバでインターナルレバをシフト方向に操作することで、シフト量に対するシフトモータの回転数を大きくとることができ、これによりモータを小型化できる。また複数のシフトモータで回転・直動変換機構を回転することで、いずれかのモータが失陥しても他のモータでバックアップすることができるという優れた効果を発揮する。

本発明の車両の自動変速装置におけるセレクトモータと第１シフトモータと第２シフトモータでインターナルレバを駆動する回転・直動変換機構の要部斜視図である。図１において、回転・直動変換機構としてのボールスクリュとインターナルレバの関係を示す斜視図である。図１において、回転・直動変換機構としてのボールスクリュとインターナルレバの関係を示す側面図である。本発明において、ＴＣＭとモータドライバとモータのブロック図を示す図である。本発明において、セレクトモータと第１シフトモータと第２シフトモータでインターナルレバを駆動してシフトチェンジを操作する駆動系を説明する概略図である。本発明の自動変速装置のスケルトン図である。本発明における回転・直動変換機構の他の実施の形態を示す斜視図である。図７に示した回転・直動変換機構の平面図である。

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

先ず、図６により、自動変速装置１０のスケルトンを説明する。

自動変速装置１０は、エンジン（図示せず）にクラッチＣＬを介して自動変速装置１０の主入力軸１１が接続され、自動変速装置１０の出力軸１２が、図示していないプロペラシャフト、ディファレンシャル等を介して後輪に連結される。

この自動変速装置１０は、主入力軸１１と同軸上に副入力軸１３が設けられ、主入力軸１１と副入力軸１３に、平行にカウンタ軸１４が設けられ、主入力軸１１とカウンタ軸１４の入力側に３ｒｄギア段１５が設けられ、主入力軸１１の回転が３ｒｄギア段１５を介してカウンタ軸１４に伝達され、カウンタ軸１４から各段のギアを介して副入力軸１３に伝達されるようになっている。

副入力軸１３とカウンタ軸１４には、入力側から出力側にかけて４ｔｈギア段１６、２ｎｄギア段１７、１ｓｔギア段１８、１ｓｔより低速のクローラＣのギア段１９と、リバースＲのギア段２０とが設けられる。３ｒｄギア段１５と４ｔｈギア段１６のスプライン１５ｓ、１６ｓ間と、２ｎｄギア段１７と１ｓｔギア段１８のスプライン１７ｓ、１８ｓ間と、クローラＣのギア段１９とリバースＲのギア段２０のスプライン１９ｓ、２０ｓ間とに位置した副入力軸１３には、それぞれスプライン１３ａ、１３ｂ、１３ｃが設けられる。スプライン１３ａには、３ｒｄギア段１５と４ｔｈギア段１６のスプライン１５ｓ、１６ｓと選択的に係合するシフトスリーブ２１ａが設けられ、スプライン１３ｂには、２ｎｄギア段１７と１ｓｔギア段１８のスプライン１７ｓ、１８ｓに選択的に係合するシフトスリーブ２１ｂが設けられ、スプライン１３ｃには、クローラＣのギア段１９とリバースＲのギア段２０のスプライン１９ｓ、２０ｓに選択的に係合するシフトスリーブ２１ｃが設けられ、これらシフトスリーブ２１ａ、２１ｂ、２１ｃが、各段のスプライン１５ｓ〜２０ｓに選択的に係合することで、主入力軸１１の回転が、所定のギア比でスプライン１３ａ〜１３ｃを介して副入力軸１３に伝達される。

副入力軸１３は、遊星歯車装置２２を介して出力軸１２と連結される。遊星歯車装置２２は、副入力軸１３の端部に連結されたサンギア２３と、サンギア２３の外周に噛合する複数のプラネタリギア２４と、プラネタリギア２４の外周に噛合するリングギア２５とからなり、複数のプラネタリギア２４を支持するキャリア１２ｃが出力軸１２に一体に連結される。

リングギア２５には、出力軸１２を覆って二重となる管軸２６が設けられ、その管軸２６にスプライン２６ｓが設けられ、そのスプライン２６ｓを境に、ミッションケース２７に固定された固定スプライン２７ｓと、出力軸１２に設けられたスプライン１２ｓが設けられる。またスプライン２６ｓには、固定スプライン２７ｓと出力軸１２のスプライン１２ｓと選択的に係合するレンジギア用シフトスリーブ２８が設けられる。このレンジギア用シフトスリーブ２８は、シフトフォーク２９を介して油圧シリンダや電磁ソレノイドからなるアクチュエータ３０で駆動され、レンジギア用シフトスリーブ２８が、固定スプライン２７ｓと係合した位置では、１ｓｔ〜４ｔｈのローギア段となり、出力軸１２のスプライン１２ｓと係合した位置では、５〜８ｔｈのハイギア段となる。

クローラＣ、リバースＲ、１ｓｔ〜４ｔｈからなるメインギアをシフトするシフトスリーブ２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、３本のシフトフォーク３１ａ、３１ｂ、３１ｃで、それぞれ係合位置に移動される。シフトフォーク３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、シフトロッド３２ａ、３２ｂ、３２ｃに連結され、シフトロッド３２ａ、３２ｂ、３２ｃにシフトブロック３３ａ、３３ｂ、３３ｃが連結され、そのシフトブロック３３ａ、３３ｂ、３３ｃのいずれかにインターナルレバ３４が係合するように回動してシフトチェンジするギア段をセレクトする。その後、インターナルレバ３４がシフト方向に移動されることで、シフトブロック３３ａ、３３ｂ、３３ｃを介してシフトロッド３２ａ、３２ｂ、３２ｃが軸方向に移動され、シフトフォーク３１ａ、３１ｂ、３１ｃを介してシフトスリーブ２１ａ、２１ｂ、２１ｃを中立位置から係合位置に移動してシフトチェンジが行えるようになっている。

シフトロッド３２ａ、３２ｂ、３２ｃの両端は、支持筒３５、３５で軸方向移動自在に設けられ、シフトロッド３２ａ、３２ｂ、３２ｃの端部には３つのディテント溝３６が形成され、その端部を支持する支持筒３５には、ディテント溝３６に係合するディテントボールとスプリングからなるディテント機構３８が設けられ、シフトスリーブ２１ａ、２１ｂ、２１ｃの中立位置と、シフトスリーブ２１ａ、２１ｂ、２１ｃのシフト係合位置を保持できるようになっている。

なお、後述するがシフト操作は、出力軸１２に設けた出力軸回転センサ３７の検出値がＴＣＭに入力され、そのＴＣＭにより自動変速されるが、ＴＣＭが、クラッチＣＬを断としてシフトスリーブ２１ａ、２１ｂ、２１ｃを、スプライン１５ｓ〜２０ｓに係合する際に、カウンタ軸１４側の４ｔｈギア段１６に設けたカウンタ軸回転センサ４０の検出値に基づいて、カウンタ軸１４に設けたカウンタシャフトブレーキ３９にてシンクロ制御してシフト段のスプライン１５ｓ〜２０ｓの回転を主入力軸１１、副入力軸１３のスプライン１３ａ〜１３ｃに一致させるように制御する。

本発明においては、インターナルレバ３４のセレクト方向の回動とシフト方向の往復移動をモータで行うようにしたものであり、これを図１〜図３により説明する。

先ずインターナルレバ３４のセレクト方向の回動を説明する。

図１、図３に示すように、インターナルレバ３４は、そのボス３４ｂがインターナル軸４１に回動自在にかつ軸方向移動自在に設けられる。インターナルレバ３４のボス３４ｂには、回動用溝４２が設けられる。この回動用溝４２にはセレクトレバ４３が係合し、そのセレクトレバ４３がセレクト軸４４に連結される。セレクト軸４４は、セレクトギア装置５９を介してセレクトモータ４６にて回転される。すなわち、セレクト軸４４には、扇状の回動用ギア４５が設けられ、その回動用ギア４５が、セレクトモータ４６に連結したセレクトギア４７に噛合されてセレクトギア装置５９が構成される。セレクトレバ４３はリターンスプリング４８にて、図で見て反時計方向に付勢され、セレクトモータ４６が、リターンスプリング４８に抗してセレクトギア装置５９（セレクトギア４７及び回動用ギア４５）を介してセレクトレバ４３を時計方向に回動する。このセレクトレバ４３の回動位置は、セレクトセンサ４９にて検出され、インターナルレバ３４が、どのシフトブロック３３ａ、３３ｂ、３３ｃに係合しているかの位置を検出できるようになっている。すなわち、図３に示すように、インターナルレバ３４のレバー部は、回動に伴って、Ｃ−Ｒのシフトブロック３３ｃ、３ｒｄ−４ｔｈのシフトブロック３３ａ、２ｎｄ−１ｓｔのシフトブロック３３ｂに順次係合すると共にその回転位置がセレクトセンサ４９で検出される。

次に、インターナルレバ３４のシフト方向の往復動を行う回転・直動変換機構を説明する。

図１〜図３に示すように、インターナルレバ３４のボス３４ｂには、係合ブロック５０が設けられ、この係合ブロック５０にシフトレバ５１の係合爪５２が係合して設けられる。シフトレバ５１はシフトレバロッド５３に移動自在かつ回転自在に設けられる。

シフトレバ５１をシフト方向に往復動を行う回転・直動変換機構８０は、シフトレバロッド５３と平行に、ボールナット５５を有するボールスクリュ５４が設けられて構成され、そのボールスクリュ５４に螺合したボールナット５５が、シフトレバ５１の溝部５６に係合して設けられる。

ボールスクリュ５４は、複数のシフトモータ、図では第１シフトモータ６０と第２シフトモータ６２により減速歯車装置５７を介して回転される。すなわち、ボールスクリュ５４には、ドリブンギア５８が設けられ、そのドリブンギア５８が、第１シフトモータ６０の第１ドライブギア６１と第２シフトモータ６２の第２ドライブギア６３とに噛合されて減速歯車装置５７が構成され、第１シフトモータ６０と第２シフトモータ６２より、第１ドライブギア６１と第２ドライブギア６３にてドリブンギア５８が駆動され、ボールスクリュ５４が回転されるようになっている。この第１シフトモータ６０と第２シフトモータ６２で、ボールスクリュ５４を回転することで、いずれかのモータが失陥したときでもシフト駆動することが可能となる。またドリブンギア５８に対して第１ドライブギア６１と第２ドライブギア６３の歯数は小さくされ、第１シフトモータ６０と第２シフトモータ６２の回転を減速してボールスクリュ５４に伝達する。この際、第１シフトモータ６０と第２シフトモータ６２内には図示していないがホールセンサが設けられ、第１シフトモータ６０と第２シフトモータ６２の回転が検出できるようになっている。

このボールスクリュ５４の正逆回転で、ボールナット５５がシフト方向に移動し、シフトレバ５１の係合爪５２を介してインターナルレバ３４をシフト方向に移動するようになっている。

固定系には、シフトレバ５１及びボールナット５５のシフト方向の移動に追従して回動するセンサレバ６５が設けられ、そのセンサレバ６５の回転角を検出するシフトセンサ６６が設けられる。

次に、セレクトモータ４６と第１シフトモータ６０と第２シフトモータ６２の駆動系を図５により説明する。

セレクトモータ４６と第１シフトモータ６０と第２シフトモータ６２は、それぞれ、セレクトモータドライバ７０、第１シフトモータドライバ７１、第２シフトモータドライバ７２で駆動される。このセレクトモータドライバ７０、第１シフトモータドライバ７１、第２シフトモータドライバ７２は、ＴＣＭ７３でその出力周波数が制御されるようになっている。ＴＣＭ７３は、セレクトセンサ４９とシフトセンサ６６の検出値が入力され、セレクトセンサ４９の検出値でセレクトモータドライバ７０が制御され、シフトセンサ６６の検出値で第１シフトモータドライバ７１、第２シフトモータドライバ７２が制御される。

図４は、図５に示した各モータドライバ７０〜７２をＴＣＭ７３で制御して各モータ４６、６０、６２の回転を制御するブロック図を示したものである。

各モータドライバ７０〜７２は、インバータからなり、直流の電源（バッテリ）７４をデューティ制御（パルス幅のＨとＬのデューティ比を制御）して、出力周波数可変の三相交流に変換して各モータドライバ７０〜７２を回転数可変に駆動するもので、ＴＣＭ７３が、センサ４９，６６の検出値に基づいて各モータドライバ７０〜７２に指令デューティ比を出力し、それに基づいて各モータドライバ７０〜７２がデューティ制御されて各モータ４６、６０、６２の回転数を制御するようになっている。

ＴＣＭ７３には、図示していないがエンジン回転数と、図６で説明した出力軸回転センサ３７とカウンタ軸回転センサ４０の検出値が入力され、これ基づいて変速時のシフト段を決定する。シフト操作は、セレクト方向を制御し、その後シフト方向を制御するが、セレクト方向は、セレクトセンサ４９の検出値からシフトモータ４６の回転を制御して、インターナルレバ３４の回転位置を制御してレバー部３４ｌがシフト段のシフトブロック３３ａ、３３ｂ、３３ｃに係合するように位置させる。

次に回転・直動変換機構８０のシフト方向の制御を説明する。

ここでシフトレバ５１によるシフトロッド３２ａ、３２ｂ、３２ｃのシフト量は、中立位置から±１４ｍｍであり、その際のセンサレバ６５の回転角は±１０°であるが、ボールスクリュ５４の回転でボールナット５５が±１４ｍｍ移動するには、そのボールスクリュ５４のネジピッチで決定され、そのネジピッチと減速歯車装置５７の減速比で、第１及び第２シフトモータ６０、６２の回転数を、数回転〜数十回転に設定することができ、これにより、シフトロッド３２ａ、３２ｂ、３２ｃのシフト量の制御が正確に行える。また、シフトロッド３２ａ、３２ｂ、３２ｃの係合位置では、シフトスリーブ２１ａ、２１ｂ、２１ｃとスプライン１５ｓ〜２０ｓとが突き当たって噛合する際の異音が発生しやすくなるが、第１及び第２シフトモータ６０、６２の回転速度制御を行うことで、その異音発生を防止することが可能となる。

また、第１及び第２シフトモータ６０、６２の回転数と、減速歯車装置５７の減速比は、自由に設定できるため、そのシフト操作の出力特性も設定自由度を増やすことができる。また、シフトモータは、小型化できるため、複数台設置しても省スペースに設計でき、さらに、いずれかのモータが失陥しても他のモータでバックアップすることが可能となる。

上述の実施の形態においては、シフトモータ６０、６２の回転を、シフトロッド３２ａ〜３２ｃのシフト方向に往復移動させ回転・直動変換機構８０として、ボールスクリュ５４の例で説明したが、本発明では、ボールスクリュ５４の他にラック＆ピニオンなど種々の機構を用いることができる。

図７、図８は、回転・直動変換機構８０の他の変形例を示したものである。

本実施の形態においては、ドリブンギア５８で回転される回転軸８４にドラム８５が一体に設けられ、そのドラム８５の外周に溝８７が形成され、他方シフトレバロッド５３に移動自在にかつ回転自在に設けられるシフトレバ５１には、ドラム８５の溝８７に係合するボスピン８３が設けられて回転・直動変換機構８０が構成される。

また図１〜図３と同様に、インターナルレバ３４のボス３４ｂには、係合ブロック５０が設けられ、この係合ブロック５０にシフトレバ５１の係合爪５２が係合して設けられる。

この実施の形態において、図には示していないが、回転・直動変換機構８０の回転軸８４にドリブンギア５８が設けられ、図１〜図３と同様に、ドリブンギア５８が、第１シフトモータ６０の第１ドライブギア６１と第２シフトモータ６２の第２ドライブギア６３とに噛合されて減速歯車装置５７が構成され、第１シフトモータ６０と第２シフトモータ６２より、第１ドライブギア６１と第２ドライブギア６３にてドリブンギア５８が駆動され（図１〜図３参照）、ドラム８５が回転されるようになっている。ドラム８５に形成される溝８７は、図ではドラム８５の円周に対して１８０°程度となっているが３６０°或いは溝８７が軸方向に重ならなければそれ以上に形成してもよい。またドリブンギア５８と第１ドライブギア６１と第２ドライブギア６３で構成される減速歯車装置５７は、減速比を大きく、例えば、図１〜図３で説明したように第１ドライブギア６１と第２ドライブギア６３のギア比を３：４とした場合、第１ドライブギア６１とドリブンギア５８のギア比が１：１０、或いはそれ以上にするとよい。

これにより、図７、図８の回転・直動変換機構８０でも第１シフトモータ６０と第２シフトモータ６２の回転が、回転センサである第１及び第２ホールＩＣ６５、６６で検出され、ドラム８５の回転角度（位置）が検出されてシフトロッド３２ａ〜３２ｃのシフト方向の制御が正確に行える。

３２ａ〜３２ｃシフトロッド
３４インターナルレバ
５１シフトブロック
５４ボールスクリュ
５５ボールナット
５７減速歯車装置
６０、６２シフトモータ
７１、７２モータドライバ
７３ＴＣＭ
８０回転・直動変換機構

Claims

自動変速装置のシフトロッドのシフトをモータで行うための車両の自動変速装置において、シフトロッドをシフト操作するインターナルレバと、インターナルレバと係合し、インターナルレバをシフト方向に移動するシフトレバと、回転運動を往復直線運動に変換して前記シフトレバをシフト操作する回転・直動変換機構と、該回転・直動変換機構に回転力を伝達するための複数のシフトモータと、複数のシフトモータと前記回転・直動変換機構を連結する減速歯車装置とを備えたことを特徴とする車両の自動変速装置。
複数のシフトモータが、第１シフトモータと第２シフトモータとからなり、前記減速歯車装置が、前記第１シフトモータ及び前記第２シフトモータに設けた第１ドライブギア及び第２ドライブギアと、前記回転・直動変換機構に設けたドリブンギアとからなる請求項１記載の車両の自動変速装置。
前記第１シフトモータと前記第２シフトモータは、それぞれ第１シフトドライバと第２シフトドライバで駆動されると共に、その出力特性が異なるように設定され、その出力特性に合わせて前記第１ドライブギア及び前記第２ドライブギアのギヤ数が設定され、これにより前記シフトロッドのシフト操作の出力特性を調整する請求項１記載の車両の自動変速装置。