JP2015081665A - 自動変速機のレンジ切換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ディテント機構から発生する衝突音を軽減できる自動変速機のレンジ切換装置を提供する。
【解決手段】ころ６ｃをスプリング６−２で溝部６ａ，６ｂに押圧し、該ころを複数の溝部間を移動させて変速機のレンジを位置決めするディテント機構６を備え、該ディテント機構をアクチュエータ３で駆動して変速機のレンジを変更する自動変速機１であって、変速機のレンジ位置を変更する場合に、前記スプリングによる溝部内への引き込み力に応じて前記アクチュエータを制動する、ことを特徴とする。スプリングによる溝部内への引き込み力に応じてアクチュエータを制動することで、ころが目標停止位置に到達したときの速度エネルギーがゼロに近づくように制御できるので、ころがディテントプレートの溝部へ衝突する際に発生する衝突音を軽減できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気的に駆動制御されるアクチュエータによって自動変速機のレンジ切り換えを行うレンジ切換装置に関する。

従来、運転者によるシフト操作に応じてアクチュエータを駆動し、自動変速機のレンジ切り換えを行うレンジ切換装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１には、各レンジの制御目標位置を学習する技術が開示されており、ディテント機構で位置決めされた状態で、ポテンショメータにより検出されたレンジ切換シャフトの角度（谷位置角度）に基づいて、当該レンジでの目標角度を学習している。

また、特許文献２には、ディテントプレートとディテントスプリングのころとを接触させ、その接触位置を検出し、稼働範囲の限界位置（壁位置）を基準値として学習することで、エンコーダの出力値を絶対位置に補正するシフト制御システムが記載されている。この特許文献２では、出力軸角度の現在位置と目標位置の偏差からフィードバック制御を実施している。

特開２００４−０９２８５１号公報 特開２００４−３０８７５２号公報

ところで、この種のレンジ切換装置やシフト制御システムにあっては、通常、シフト応答性を重視して電動アクチュエータの制御定数を適合させている。
しかしながら、ディテント機構がレンジに対応する溝部を形成したディテントプレートに、ころをディテントスプリングで押さえ付けて位置決めする構成のため、ころがレンジに対応した溝部に移動する際に、山を乗り越えて溝部の谷位置に落ちるとき、ディテントスプリングの反発力が加わり、目標谷位置到達時に衝突音が発生する。このため、静音性が高い車両、例えばＥＶ（Electric Vehicle）等では騒音源となって商品性が低下する、という課題がある。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ディテント機構から発生する衝突音を軽減できる、自動変速機のレンジ切換装置を提供することにある。

本発明の自動変速機のレンジ切換装置は、ころをスプリングで溝部に押圧し、該ころを複数の溝部間を移動させて変速機のレンジを位置決めするディテント機構を備え、該ディテント機構をアクチュエータで駆動して変速機のレンジ位置を変更する自動変速機であって、前記変速機のレンジ位置を変更する場合に、前記スプリングによる溝部内への引き込み力に応じて前記アクチュエータを制動する、ことを特徴とする。

本発明によれば、変速機のレンジ位置を変更する場合に、スプリングによる溝部内への引き込み力に応じてアクチュエータを制動することで、ころが目標停止位置に到達したときの速度エネルギーがゼロに近づくように制御できるので、ころがディテントプレートの溝部へ衝突する際に発生する衝突音を軽減できる。

本発明の実施形態に係る自動変速機のレンジ切換装置を示すシステム構成図である。 図１における破線で囲んだ領域の構成例を示す斜視図である。 図２におけるアクチュエータからディテント機構への動力伝達経路を抽出して示す図である。 本発明の実施形態に係る自動変速機のレンジ切換装置におけるアクチュエータの第１の制御例を説明するための図である。 出力軸角度と応答時間との関係を示す特性図である。 従来及び本発明の実施形態に係る自動変速機のレンジ切換装置における出力軸角度と操作量の測定結果を対比して示す特性図である。 制御目標位置が溝部の下限位置の手前の場合のディテントプレートところとの関係を示す模式図である。 制御目標位置が前回停止位置の場合のディテントプレートところとの関係を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る自動変速機のレンジ切換装置におけるアクチュエータの第２の制御例を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示す自動変速機のレンジ切換装置において、車両に搭載される自動変速機１には、レンジ切換バルブを駆動するためのＰＢＷ（Park By Wire）用のアクチュエータ（モータ）３が取り付けられている。アクチュエータ３は、運転者のシフト操作、例えばＤレンジ等の非パーキング（ＮｏｔＰレンジ）からパーキング（Ｐレンジ）への操作により車両をパーキングロック状態、ＰレンジからＮｏｔＰレンジへのシフト操作により車両を走行可能状態に設定する。すなわち、変速機／減速機をメカロック、またはロック解除する役割を担うものである。

アクチュエータ３の出力軸には、減速歯車機構４が設けられており、該減速歯車機構４を介してレンジ切換シャフト５を回転駆動する。レンジ切換シャフト５には、ディテント機構６、ポテンショメータ７及びインヒビタスイッチ８等が取り付けられている。ディテント機構６は、レンジ切換シャフト５をＰレンジとＮｏｔＰレンジそれぞれに対応する角度に位置決めする。また、ポテンショメータ７は、レンジ切換シャフト５の角度を連続的に検出し、インヒビタスイッチ８は、自動変速機１がＰレンジとＮｏｔＰレンジのいずれに切り換えられているかを検出する。
更に、運転者によってシフト操作が行われたときに、各レンジ位置Ｐ、Ｒ、Ｎ、Ｄ、２、１に対応するレンジ位置信号を出力するレンジセレクトスイッチ９が設けられている。

ポテンショメータ７から出力されるレンジ切換シャフト５の回転角に対応する信号、インヒビタスイッチ８から出力されるＰレンジとＮｏｔＰレンジのいずれに切り換えられているかを示す信号、及びレンジセレクトスイッチ９から出力されるレンジ位置信号はそれぞれ、Ａ／Ｔコントロールユニット（Ａ／Ｔ Ｃ／Ｕ）１０に入力される。そして、Ａ／Ｔコントロールユニット１０で、レンジセレクトスイッチ９のレンジ位置信号から判断されるレンジ切換え要求に応じて、アクチュエータ３を駆動制御する。
具体的には、レンジセレクトスイッチ９から要求されるレンジ切換シャフト５の目標角度と、ポテンショメータ（出力軸角度センサ）７で検出された実際の角度との偏差に応じたＰＩ（比例・積分）制御を行い、アクチュエータ３に駆動信号（電源供給を高周波でオン／オフするデューティ駆動信号）を供給してフィードバック制御する。

図２は、図１における破線で囲んだ領域２の構成例を示している。ディテント機構６は、レンジ切換シャフト５に固定されて一体に回転するディテントプレート６−１、ディテントプレート６−１の周縁にＰレンジとＮｏｔＰレンジに対応して形成される溝部６ａ，６ｂに係合するころ（ローラ）６ｃを支持すると共に、該ころ６ｃを溝部６ａ，６ｂの谷位置に向けて押圧付勢するディテントスプリング（スプリング）６−２から構成される。そして、ディテント機構６は、レンジ切換シャフト５を、ＰレンジとＮｏｔＰレンジのいずれかに対応する角度に位置決めする。

Ｌ字型のロッド１１の一端には、ディテントプレート６−１が取り付けられ、該ロッド１１の他端には、カム１３が取り付けられている。パーキングポール１２は、揺動可能に支持され、カム１３との摺接によって揺動駆動される。ＮｏｔＰレンジからＰレンジにシフト操作が行われると、ころ６ｃが溝部６ｂから溝部６ａに移動して係合される。この時、ロッド１１が矢印Ａ方向に押圧され、カム１３のテーパ部がパーキングポール１２を矢印Ｂ方向に押し上げることで、パーキングポール１２の爪１２ａがパーキングギア１４の凹部１４ａに噛み合って、パーキングギア１４が固定されるようになっている。

図３は、図２におけるアクチュエータ３からディテント機構６への動力伝達経路を抽出して示しており、（ａ）図は正面図、（ｂ）図は（ａ）図のディテントプレート側から見た側面図である。アクチュエータ（ＡＣＴＲ）３の駆動力は、スプライン１５によりレンジ切換シャフト５に伝達され、レンジ切換シャフト５が回動することにより、ディテントプレート６−１が矢印Ｃで示すように回動する。これによって、ころ６ｃがディテントプレート６−１に形成されたＰレンジに対応する溝部６ａと、ＮｏｔＰレンジに対応する溝部６ｂとの間を往復動作する。ここで、ころ６ｃはディテントスプリング６−２により溝部６ａ，６ｂの谷位置に向かって押圧付勢されており、例えばＰレンジからＮｏｔＰレンジに変更する際には、ころ６ｃが溝部６ａから山を乗り越えて溝部６ｂに移動することになる。
尚、スプライン１５とレンジ切換シャフト５との連結部には、回転方向に所定の遊び量が設けられている。また、ディテントプレート６−１の両側部には、該ディテントプレート６−１の回動を制限するストッパ１６−１，１６−２が設けられている。

［第１の制御例］
次に、上記構成のレンジ切換装置において、アクチュエータ３の制御について図４により詳しく説明する。（ａ）図は、ころ６ｃとディテントプレート６−１の接触部を模式的に示している。ここでは、ＰレンジからＮｏｔＰレンジにシフト操作する場合を例に取る。ころ６ｃはディテントスプリング６−２により溝部６ａの下限位置（谷位置）に向かって下方向に押圧付勢されている。ころ６ｃが、Ｐレンジに対応する溝部６ａの谷位置にあるときに、レンジ切換シャフト５の角度（出力軸角度）をＤｐ［ｄｅｇ］とすると、±ΔＤ［ｄｅｇ］の範囲内であればディテントスプリング６−２による押付により、アクチュエータ３の駆動を停止してもディテントプレート６−１の溝部６ａの谷位置に自動で引き込むようになっている（自動引込範囲）。

また、ＮｏｔＰレンジに対応する溝部６ｂの下限位置（谷位置）は、例えば出力軸角度がＤｎｐ［ｄｅｇ］の位置であり、この谷位置を制御目標位置（目標停止位置）に設定し、出力軸角度がＤｎｐ［ｄｅｇ］でころ６ｃの速度、換言すれば速度エネルギーがゼロとなるように制御する。ＮｏｔＰレンジも、Ｐレンジと同様に±ΔＤ［ｄｅｇ］の自動引込範囲を有している。
尚、ストッパ１６−１は出力軸角度がＤｐ−ΔＳ［ｄｅｇ］、ストッパ１６−２は出力軸角度がＤｎｐ＋ΔＳ［ｄｅｇ］の位置に配置されている。

運転者が、例えばＰレンジからＤレンジ（ＮｏｔＰレンジ）にシフト操作を行うと、アクチュエータ３の操作量は、（ｂ）図に示すように、最初は急激に上昇し（時刻ｔ０）、ころ６ｃの移動に伴って徐々に小さくなる。この制御には、ＰＩ制御を用い、アクチュエータの応答性を重視した制御定数を適合させる。ころ６ｃが山を乗り越え、溝部６ｂの谷に向かって下降すると、例えば時刻ｔ１のタイミングでアクチュエータ３に制動（ブレーキ）をかける。続いて、自動引き込み範囲に到達すると（時刻ｔ２）、ディテントスプリング６−２による引き込み分の力を考慮し、操作量に時刻ｔ２，ｔ３間に斜線を付した領域分の制動力を加算する。

すなわち、ころ６ｃが谷位置から出るときに一番力が必要になり、その後は徐々に駆動力を低下させていく。そして、ある程度下り坂になった時点ｔ１でアクチュエータ３が逆転するように駆動して制動する。この際、制動力にディテントスプリング６−２の反発力を考慮して、途中（時刻ｔ２）からディテントスプリング６−２による引き込み分の力を加算する。
制動のタイミングは、例えばアクチュエータ３の駆動速度を求め（出力軸角度の変化量より算出）、現在の出力軸角度でアクチュエータ３に最大制動力を作動させたときの目標谷位置到達時の速度を推定し、推定速度が条件を満足したときにアクチュエータ３に最大制動力を作動させる。この条件は、目標谷位置（出力軸角度＝Ｄｎｐ［ｄｅｇ］）到達時の速度がほぼゼロ、または目標谷位置到達時の速度がゼロになってからプラスに転じたときである。

また、アクチュエータ３の電源電圧や温度によりアクチュエータ３の駆動力及び制動力が変化するため、ころ６ｃの動きが変わる。そこで、アクチュエータ３の電源電圧や温度に応じて目標谷位置到達時の速度推定を補正する。具体的には、アクチュエータ３の電源電圧が高い場合には制動力を大きくし、電源電圧が低い場合には制動力を小さくする。更に、アクチュエータ３の温度が高いときは制動力を大きくし、温度が低いときは制動力を小さくする。このように、アクチュエータ３の電源電圧や温度による変動分を考慮して制動力を補正する。

ディテント機構６では、ディテントプレート６−１の構成とディテントスプリング６−２の反発力から、ころ６ｃが自動引き込み範囲に入ったときにディテントスプリング６−２の反発力が強く働くようになっている。
そこで、本第１の制御例では、応答性重視のＰＩ制御に加えて、ディテントスプリング６−２で溝部内の谷位置に引き込む力分を考慮し、制動力に加算している。このように、ころ６ｃを谷位置６ｂに引き込む力に対して、制動力をその分強くすることで、（ｃ）図の実線Ｖ１に示すように、目標谷位置到達時の速度が実質的にゼロに近づき、谷位置６ｂに静かに停止する。また、アクチュエータ３の電源電圧や温度による変動分を考慮して制動力を補正することで、制動力をより高精度に制御できる。
尚、ディテントスプリング６−２による反発力を考慮しないと、実線Ｖ２に示すように、目標谷位置到達時に速度エネルギーが残っているため、衝突音が発生することになる。

図５は、ＰレンジからＤレンジにシフト操作を行ったときの出力軸角度と応答時間との関係を示しており、実線Ｌ１は本実施形態、一点鎖線Ｌ２はシフト応答性を重視して制御定数を適合させた場合、破線Ｌ３は静音性を重視して制御定数を適合させた場合の出力軸角度と応答時間との関係を示している。シフト応答性を重視すると、一点鎖線Ｌ２で示すように、目標位置（ＮｏｔＰレンジ）をオーバーシュートしてから比較的短時間で収束する。しかし、オーバーシュートの際に衝突音が発生する。一方、静音性を重視したＰＩ制御では、破線Ｌ３で示すように出力軸角度の変化が緩やかで衝突音は発生しにくいが、応答時間が長くなる。
これに対し、実線Ｌ１で示すように、ころ６ｃが山を乗り越えた後、アクチュエータ３に、ディテントスプリング６−２による溝部６ｂ内への引き込み力を考慮して制動をかけることにより、出力軸角度の変化を緩やかにして衝突音の発生を抑制しつつ、応答時間が長くなるのを抑制できる。これによって、静音性と応答性を両立できる。

図６は、出力軸角度と操作量との関係を、シフト応答性を重視して制御定数を適合させた場合（従来）と、本発明の実施形態に係る第１の制御例の測定結果を対比して示している。（ａ）図に示すように、従来例は、１００％応答の時間Ｔ１が短いが、その後、出力軸角度にオーバーシュートが発生しており、１００％応答の時間Ｔ１の経過後にも操作が行われ、時間が経過してから操作量がゼロになる。
一方、（ｂ）図に示すように、本実施形態では、１００％応答の時間Ｔ２が少し長くなるものの、出力軸角度にオーバーシュートは発生せず、１００％応答の時間Ｔ２の経過後には操作量はほぼゼロとなる。

＜変形例＞
上述した第１の制御例では、制御目標位置（目標停止位置）が溝部の下限位置（谷位置）の場合について説明したが、図７及び図８はそれぞれ、制御目標位置が異なる変形例を示している。ここでは、ＰレンジからＮｏｔＰレンジにシフト操作する場合を例に取って説明する。図７及び図８において、（ａ）図はシフト操作前の状態を模式的に示しており、（ｂ）図はシフト操作後の制御目標位置を示している。

図７は、制御目標位置をＮｏｔＰレンジに対応する溝部６ｂの谷位置の少し手前（自動引込範囲内）に設定するものである。すなわち、Ｐレンジに対応する溝部６ａの谷位置の出力軸角度をＤｐ［ｄｅｇ］とすると、制御目標位置を出力軸角度（Ｄｎｐ［ｄｅｇ］−Ｘ）でころ６ｃの速度が実質的にゼロとなるように制御を行うようにしている。ここで「Ｘ＜ΔＤ［ｄｅｇ］」である。そして、停止位置から谷位置まではディテントスプリング６−２の反発力により自動引き込みを行う。
ＮｏｔＰレンジの谷位置の手前でころ６ｃの速度、換言すれば速度エネルギーが実質的にゼロとなるように制御しても、ディテントスプリング６−２の反発力による自動引き込みを利用して、ころ６ｃを溝部６ｂの谷位置に静かに移動させることができ、ディテント機構６が溝部６ｂに移動したときの衝突音を軽減できる。

図８は、別の変形例を示しており、制御目標位置を前回停止位置に設定するものである。すなわち、アクチュエータ３の駆動から制動への切換タイミング、及び制動力の設定値を学習し、次回は学習した設定値に基づき制御する。制動力は、前回の駆動から制動への切換タイミングと停止位置、目標谷位置到達時の速度、及び目標谷位置からのオーバーシュート量（角度）等から学習する。この学習値は、アクチュエータ３の電源電圧、アクチュエータ３の温度の少なくともいずれか一方をパラメータにして記憶すると良い。そして、制御目標位置に到達したときの、ころ６ｃの速度、あるいは速度エネルギーが実質的にゼロとなるように制御を行う。
スプライン１５のバックラッシュによる遊びがあるため、ころ６ｃが溝部６ｂの谷位置で停止していても、出力軸角度は正確にＤｎｐ［ｄｅｇ］とならない可能性があるので、実際に前回停止した位置を目標とする。
これによって、アクチュエータ３からディテント機構６への動力伝達経路に存在する遊び、及び経時変化による摩耗等の影響を低減することができ、精度を向上できる。

［第２の制御例］
図９に示すアクチュエータ３の第２の制御例は、アクチュエータ３に対して最大駆動を行い、その後、最大制動をかけるものである。（ａ）図は、ころ６ｃとディテントプレート６−１の接触部を模式的に示している。ここでは、図４（ａ）と同様に、ＰレンジからＮｏｔＰレンジにシフト操作する場合を例に取る。ころ６ｃはディテントスプリング６−２により溝部６ａ，６ｂの谷位置に向かって押圧付勢されており、ころ６ｃがＰレンジの溝部６ａの谷位置にあるときに、レンジ切換シャフト５の角度（出力軸角度）をＤｐ［ｄｅｇ］とすると、±ΔＤ［ｄｅｇ］の範囲内であればディテントスプリング６−２による押付により、ディテントプレート６−１の溝部６ａの谷位置に自動で引き込むようになっている（自動引込範囲）。
また、ＮｏｔＰレンジに対応する溝部６ｂの谷位置は、例えば出力軸角度がＤｎｐ［ｄｅｇ］の位置であり、Ｐレンジと同様に±ΔＤ［ｄｅｇ］の自動引込範囲を有している。ストッパ１６−１は出力軸角度がＤｐ−ΔＳ［ｄｅｇ］、ストッパ１６−２は出力軸角度がＤｎｐ＋ΔＳ［ｄｅｇ］の位置に配置されている。

運転者がＰレンジからＤレンジ（ＮｏｔＰレンジ）にシフト操作を行うと、アクチュエータ３の操作量は、（ｂ）図に示すように、急激に上昇し、その後はアクチュエータ３に対して最大駆動が行われる。そして、この時の速度変化から目標位置到達時（時刻ｔ１）の速度を推定し、推定速度に応じて制動作動開始の出力軸角度を判断する。制動作動開始の出力軸角度に到達すると（時刻ｔ２）、最大制動をかけて、目標位置に停止させる。この際、アクチュエータ３の温度に応じて速度推定に用いる減速度を変更（補正）する。そして、目標位置到達時の速度、換言すれば速度エネルギーがゼロとなるように、アクチュエータ３を逆転駆動（制動）する。制御目標位置は、図９では時刻ｔ２の場合を示しているが、上述した変形例のようにＮｏｔＰレンジの谷の下限の手前（自動引込範囲内）、あるいは前回停止位置に設定してもよい。
本第２の制御例によれば、衝突音の発生を抑制しつつ、応答時間を短縮できる。

尚、上述した第１、第２の制御例及び変形例では、衝突音が聞こえやすい、停止状態から発進する場合、すなわちＰレンジからＮｏｔＰレンジにシフト操作を行う場合について説明したが、ＥＶ等のように静音性が高い車両にあっては、ＮｏｔＰレンジからＰレンジにシフト操作を行う場合にも同様な制御を行うようにしても良いのはもちろんである。

ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
（イ）請求項１記載の自動変速機のレンジ切換装置において、前記アクチュエータの駆動から制動への切換タイミング、及び制動力の設定値を学習し、次回は当該学習した設定値に基づき制御される、ことを特徴とする自動変速機のレンジ切換装置。
上記構成によると、アクチュエータからディテント機構への動力伝達経路に存在する遊び、及び経時変化による摩耗等の影響を低減することができ、精度を向上できる。

（ロ）請求項１記載の自動変速機のレンジ切換装置において、前記アクチュエータの最大制動力に基づいて、切換タイミングを設定する、ことを特徴とする自動変速機のレンジ切換装置。
上記構成によると、応答性を高めつつ衝突音を軽減することができる。

（ハ）請求項２記載の自動変速機のレンジ切換装置において、前記アクチュエータの電源電圧が上昇した場合に制動力を大きくし、電源電圧が低下した場合に制動力を小さくし、前記アクチュエータの温度が上昇した場合に制動力を大きくし、温度が低下した場合に制動力を小さくする、ことを特徴とする自動変速機のレンジ切換装置。
上記構成によると、アクチュエータの電源電圧及び温度の変化に応じて制動力を制御することで、アクチュエータの電源電圧や温度が変化しても衝突音を軽減することができる。

１…自動変速機、３…アクチュエータ（モータ）、６…ディテント機構、６−１…ディテントプレート、６−２…ディテントスプリング（スプリング）、６ａ，６ｂ…溝部、６ｃ…ころ

Claims (3)

1. ころをスプリングで溝部に押圧し、該ころを複数の溝部間を移動させて変速機のレンジを位置決めするディテント機構を備え、該ディテント機構をアクチュエータで駆動して変速機のレンジ位置を変更する自動変速機であって、
   前記変速機のレンジ位置を変更する場合に、前記スプリングによる溝部内への引き込み力に応じて前記アクチュエータを制動する、ことを特徴とする自動変速機のレンジ切換装置。
2. 前記アクチュエータの駆動から制動への切換タイミング、及び制動力の少なくとも一方を、前記アクチュエータに印加される電源電圧、及び前記アクチュエータの温度の少なくとも一方に応じて変化させる、ことを特徴とする請求項１に記載の自動変速機のレンジ切換装置。
3. 前記アクチュエータにおける制動の停止は、前記溝部の下限位置、前記溝部の下限位置に達する前で且つ前記スプリングによる自動引き込みの範囲内、及び前回の停止位置のいずれかを含む、ことを特徴とする請求項１または２に記載の自動変速機のレンジ切換装置。