JP2015197187A - 車両および変速制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＡＭＴのギヤ抜きに際し、噛合うギヤ同士のトルクが０になったときにギヤ抜きを行うこと。【解決手段】本発明は、エンジン１０と、互いに噛合うギヤの組合せを変更することでエンジン１０の回転速度を変速する変速機１１と、変速機１１のギヤ入れギヤ抜きの際の駆動力を発生するアクチュエータ１２と、を有する車両１において、ギヤが入っている状態を解除するのに際し、エンジン１０のトルクの減少と共に、アクチュエータ１２を所定の駆動力で駆動を開始し、所定の駆動力をギヤ抜きが完了した状態となるまで継続するものである。【選択図】図１

Description

本発明は、車両および変速制御方法に関する。

車両の走行中に、車速や要求トルクなどに応じて自動的に機械式の変速機構が動作するAMT(Automated Manual Transmission)などと呼ばれる自動変速機がある。

このような自動変速機は、エンジンの回転を伝える入力軸と、入力軸の回転を伝えるカウンタシャフトと、カウンタシャフト上に設けられカウンタシャフトと共に回転し各変速段数に対応する複数のドライブギヤと、カウンタシャフトと平行に設けられた出力軸と、ドライブギヤとそれぞれ噛合い各変速段数毎に出力軸上に設けられる複数のドリブンギヤと、この複数のドリブンギヤの側面に移動しドリブンギヤ側面に噛み込むことによりドリブンギヤを出力軸に対して回転方向に固定するドグクラッチとを有する。

本明細書では、たとえば上述のドグクラッチがいずれかのドリブンギヤ側面に噛み込むことで、入力軸と出力軸との間で動力伝達ができる状態にすることを「ギヤ入れ」と称し、たとえばドグクラッチをいずれのドリブンギヤ側面にも噛み込まないことで、入力軸と出力軸との間で動力伝達ができない状態にすることを「ギヤ抜き」と称する。

また、自動変速機におけるギヤ入れおよびギヤ抜きに際しては、クラッチを接続状態にしたままで行うことによりクラッチの制御が省略されて制御を簡単にすることができる（たとえば特許文献１参照）。

特開２００７−１３９１１０号公報

上述した特許文献１では、クラッチを接続状態にしたままでギヤ抜きを行うときに、ドリブンギヤのギヤ歯部とドグクラッチのギヤ歯部の間にかかるトルクが０になるところで、ニュートラル位置へのギヤ抜きを行うと記載されている（たとえば段落「００５０」参照）。

しかしながら、ドリブンギヤのギヤ歯部とドグクラッチのギヤ歯部の間にかかるトルクが０になるところを特定するのは難しい。このため、実際には、トルクが０になる前にギヤ抜きが行われることになり、自動変速機から音が発生すると共に、車両の車速が急に変化するので、車両にショックが発生する。なお、ドリブンギヤのギヤ歯部とドグクラッチのギヤ歯部の間にかかるトルクが０になるのは、ドライブギヤとドリブンギヤとの間のトルクが０になったときである。

本発明は、このような背景の下に行われたものであって、自動変速機のギヤ抜きに際し、ドライブギヤとドリブンギヤの間のトルクが０になったときにギヤ抜きを行うことができる車両および変速制御方法を提供することを目的とする。

本発明は、エンジンと、互いに噛合うギヤの組合せを変更することでエンジンの回転速度を変速する変速機と、変速機のギヤ入れギヤ抜きの際の駆動力を発生するアクチュエータと、を有する車両において、ギヤが入っている状態を解除するのに際し、エンジンのトルクの減少と共に、アクチュエータを所定の駆動力で駆動を開始し、所定の駆動力をギヤ抜きが完了した状態となるまで継続する制御手段を有するものである。

上述の車両は、エンジンの出力軸と変速機の入力軸とを接断するクラッチを有し、制御手段は、変速開始から所定時間が経過してもギヤ抜きが完了しないときにはクラッチをいったん切断してギヤ抜きを行うようにしてもよい。

本発明の他の観点は、エンジンと、互いに噛合うギヤの組合せを変更することでエンジンの回転速度を変速する変速機と、変速機のギヤ入れギヤ抜きの際の駆動力を発生するアクチュエータと、を有する車両に備えられ、アクチュエータを制御する制御装置が実行する変速制御方法において、ギヤが入っている状態を解除するのに際し、エンジンのトルクの減少と共に、アクチュエータを所定の駆動力で駆動を開始するステップと、所定の駆動力をギヤ抜きが完了した状態となるまで継続するステップと、を有するものである。

本発明によれば、自動変速機のギヤ抜きに際し、噛合うギヤ同士のトルクが０になったときにギヤ抜きを行うことができる。

本発明の実施の形態に係る車両の要部ブロック構成図である。 図１の制御装置のギヤ抜き制御におけるエンジンのトルク、ギヤ段数、およびアクチュエータの駆動力の変化を比較して示す図である。 図１の変速機のギヤが入っている状態を示す図である。 図１の変速機のギヤ抜きの途中経過を示す図である。 図１の変速機のギヤ抜きが完了した状態（すなわちニュートラルの状態）を示す図である。 図１の制御装置の動作を示すフローチャートである。

本発明の実施の形態に係る車両１は、エンジン１０と、エンジン１０の回転速度を変速する変速機１１と、変速機１１のギヤ入れギヤ抜きの際の駆動力を発生するアクチュエータ１２と、アクチュエータ１２を制御する制御装置１３と、エンジン１０と変速機１１との間に設けられるクラッチ１４と、を有する。変速機１１の出力は、ディファレンシャルギヤ２０を介して駆動輪３０に伝達される。なお、実際には、エンジン１０にはエンジンＥＣＵ(Electric Control Unit)を有し、変速機１１には変速機ＥＣＵを有し、これらの複数のＥＣＵが協働して１つの制御を実施している場合があるが、ここでは説明の便宜上、１つの制御装置１３がエンジン１０、変速機１１を制御しているとして説明する。また、エンジン１０は、ガソリン、軽油、ＣＮＧ(Compressed Natural Gas)などを燃料とする内燃機関である。

変速機１１は、図１に示すように、ギヤ歯部４０を有する２速歯車４１と、ドグ歯部４２を有するドグクラッチ４３と、ギヤ歯部４４を有する１速歯車４５と、セレクタ４６と、出力軸４７と、を有する。実際は３速歯車、４速歯車、等のギヤが存在するが便宜上省略して、１速歯車と２速歯車のみで説明する。

２速歯車４１と１速歯車４５は、上述したドリブンギヤに相当し、エンジン１０の動力を伝達する不図示のドライブギヤと常時噛合い回転する。図１の例では、ドグクラッチ４３が２速歯車４１の側に移動し、２速歯車４１の側面に噛み込んでいる。これにより、変速機１１には、２速歯車４１の回転がドグクラッチ４３を介して出力軸４７に伝達される。このため、変速機１１は、２速相当の回転速度となる。なお、図１に示すものとは異なり、ドグクラッチ４３が１速歯車４５の側に移動し、１速歯車４５の側面に噛み込むと、変速機１１は、１速相当の回転速度となる。

なお、アクチュエータ１２は、セレクタ４６に駆動力を加えることにより、ドグクラッチ４３が２速歯車４１の方向または１速歯車４５の方向に移動する。前述したように、ギヤが入っている状態とは、ドグクラッチ４３が２速歯車４１または１速歯車４５のいずれかの側面に噛み込み、入力軸と出力軸との間で動力伝達ができる状態であり、ギヤ抜きが完了した状態とは、ドグクラッチ４３が２速歯車４１または１速歯車４５のいずれの側面にも噛み込んでおらず入力軸と出力軸との間で動力伝達ができない状態である。

制御装置１３は、２速歯車４１または１速歯車４５のギヤ抜きに際し、エンジン１０のトルクの減少と共に、アクチュエータ１２を所定の駆動力で駆動を開始し、所定の駆動力をドグクラッチ４３が２速歯車４１または１速歯車４５の側面から切り離されニュートラル位置に移動するまで継続する。なお、アクチュエータ１２は、電動であり電力が供給されると駆動力を発生する。

クラッチ１４は、制御装置１３の制御に応じてエンジン１０と変速機１１とを接断する。

制御装置１３の制御によるギヤ抜きの手順を、図２〜図５を参照しながら説明する。図２は、横軸に時間の経過をとり、縦軸の上段に、エンジン１０のトルクをとり、縦軸の中段に、ギヤ段数をとり、縦軸の下段に、アクチュエータ１２の駆動力をとる。

図２に示す時刻ｔ０では、エンジン１０はトルクＴｒ１、ギヤ段数はニュートラル（Ｎ）以外、アクチュエータ１２の駆動力は０となっている。

図２に示す時刻ｔ１で制御装置１３が変速を開始すると、制御装置１３は、時刻ｔ２でエンジン１０のトルクの減少を開始すると共に、アクチュエータ１２に一定の駆動力ｆを発生すべくアクチュエータ１２に電力の供給を開始する。アクチュエータ１２の駆動力ｆは、セレクタ４６に加えられ、図３の矢示Ｂのように、ドグクラッチ４３を２速歯車４１から切り離す方向に作用する。このとき、駆動力ｆの強さは、２速歯車４１のギヤ歯部４０とドグクラッチ４３のギヤ歯部４２との間のトルクが０になったときに（すなわち、ドライブギヤとドリブンギヤとの間のトルクが０になったときに）、２速歯車４１のギヤ歯部４０とドグクラッチ４３のギヤ歯部４２が切り離される強さの駆動力である。なお、駆動力ｆの強さは、事前の実験などによって適切な値を設定することができる。

また、図３に示すように、ギヤ歯部４０は、複数のドグ歯５０ａ，５０ｂを有している。また、ギヤ歯部４２は、複数のドグ歯５１ａ，５１ｂを有している。ドグ歯部５０ａ，５０ｂ，５１ａ，５１ｂは、いずれも傾斜部５０ｃ，５０ｄ，５１ｃ，５１ｄおよび三角形状の先端部５０ｅ，５０ｆ，５１ｅ，５１ｆを有する。図３の例では、ドグ歯５０ａ，５０ｂとドグ歯５１ａ，５１ｂとが噛込んでいる。

図２の時刻ｔ２からエンジン１０のトルクが徐々に減少し、これに連れてドグクラッチ４３は、図４に示すように、矢示Ｂの方向に移動を開始する。時刻ｔ３において、エンジン１０がトルクＴｒ２のときに、ドグ歯５０ａ，５０ｂとドグ歯５１ａ，５１ｂとの間のトルクが０になる。このとき、図５に示すように、２速歯車４１とドグクラッチ４３とは切り離されて変速機１１はニュートラル状態になる。これにより変速機１１のギヤ抜きが完了する。

この工程の中で、ドグ歯５０ａ，５０ｂとドグ歯５１ａ，５１ｂとの間のトルクが０になったか否かを制御装置１３が判定する必要はない。すなわち、図３に示すように、時刻ｔ２からセレクタ４６に加えられている駆動力ｆは、事前の実験によって、ドグ歯５０ａ，５０ｂとドグ歯５１ａ，５１ｂとの間のトルクが０になったときにドグ歯５０ａ，５０ｂとドグ歯５１ａ，５１ｂとが切り離される強さの駆動力である。よって、図５に示すように、ドグ歯５０ａ，５０ｂとドグ歯５１ａ，５１ｂとの間のトルクが０になると２速歯車４１とドグクラッチ４３とは必然的に切り離される。

次に、制御装置１３の動作を図６のフローチャートを参照しながら説明する。図６のフローチャートのＳＴＡＲＴの条件は、車両１のキースイッチがＯＮ状態であり、制御装置１３が稼働中であるという条件である。図６のフローチャートにおいて、ＳＴＡＲＴの条件が満たされると、処理は、ステップＳ１に進む。なお、図６のフローチャートの処理は、１周期分の処理であり、１周期分の処理が終了したときに、ＳＴＡＲＴの条件が満たされていれば、処理は、再び実行される。

ステップＳ１において、制御装置１３は、変速を開始するか否かを判定する。ステップＳ１において、変速を開始すると判定されると、処理は、ステップＳ２およびステップＳ４に進む。一方、ステップＳ１において、変速を開始しないと判定されると、処理は、ステップＳ１を繰り返す。なお、制御装置１３は、運転者がアクセルペダルを操作することによる要求トルクの大きさ、車両１の車速、エンジン１０の回転速度などから変速の要否を判断しており、変速が必要と判断すると、ステップＳ１において、変速を開始する（Ｙｅｓ）と判定する。

ステップＳ２において、制御装置１３は、エンジン１０のトルクの減少制御を開始する。ステップＳ２において、エンジン１０のトルクの減少制御が開始されると、処理は、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３において、制御装置１３は、エンジン１０のトルクの減少制御を終了する。ステップＳ３において、エンジン１０のトルクの減少制御を終了すると、処理は、ステップＳ９に進む。

ステップＳ４において、制御装置１３は、アクチュエータ１２を所定の駆動力ｆで駆動を開始する。ステップＳ４において、アクチュエータ１２が所定の駆動力ｆで駆動を開始すると、処理は、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５において、制御装置１３は、変速機１１におけるギヤ抜きが完了したか否かを判定する。ステップＳ５において、ギヤ抜きが完了したと判定されると、処理は、ステップＳ６に進む。一方、ステップＳ５において、ギヤ抜きが完了していないと判定されると、処理は、ステップＳ７に進む。

ステップＳ６において、制御装置１３は、ギヤ位置がニュートラル位置か否かを判定する。ステップＳ６において、ギヤ位置がニュートラル位置と判定されると、処理は、ステップＳ９に進む。一方、ステップＳ６において、ギヤ位置がニュートラル位置ではないと判定されると、処理は、ステップＳ４に戻る。

ステップＳ７において、制御装置１３は、変速開始から所定時間が経過したか否かを判定する。ステップＳ７において、変速開始から所定時間が経過したと判定されると、処理は、ステップＳ８に進む。一方、ステップＳ７において、変速開始から所定時間が経過していないと判定されると、処理は、ステップＳ４に戻る。

ステップＳ８において、制御装置１３は、クラッチ１４を切断してギヤ抜きを実施する。ステップＳ８において、クラッチ１４を切断してギヤ抜きを実施すると、処理は、ステップＳ６に戻る。

ステップＳ９において、制御装置１３は、ステップＳ３でエンジン１０のトルクの減少制御が終了しているか否かを確認すると共に、ステップＳ６でギヤ位置はニュートラル位置（Ｙｅｓ）と判定されているか否かを判定する。ステップＳ９において、ステップＳ３でエンジン１０のトルクの減少制御が終了していると共に、ステップＳ６でギヤ位置はニュートラル位置である（Ｙｅｓ）と判定されていると、処理は、ステップＳ１０に進む。一方、ステップＳ９において、ステップＳ３でエンジン１０のトルクの減少制御が終了していない、または、ステップＳ６でギヤ位置はニュートラル位置ではない（Ｎｏ）と判定されていると、処理は、ステップＳ３またはステップＳ６に戻る。

ステップＳ１０において、制御装置１３は、ギヤ入れを実施する。ステップＳ１０でギヤ入れが実施されると、１周期分の処理を終了する（ＥＮＤ）。

このように、制御装置１５は、変速が開始されると（図６のステップＳ１でＹｅｓ）、エンジン１０のトルクを減少させると共に、アクチュエータ１２を所定の駆動力ｆで駆動を開始する（図６のステップＳ２，Ｓ４）。この所定の駆動力ｆは、ドグ歯５０ａ，５０ｂとドグ歯５１ａ，５１ｂとの間のトルクが０になるとギヤ抜きが行われる強さの駆動力である。これにより、ドグ歯５０ａ，５０ｂとドグ歯５１ａ，５１ｂとの間のトルクが０になると、必然的に、ギヤ抜きが実施される（図６のステップＳ５でＹｅｓ）。

さらに、ギヤ位置がニュートラルであるか否かを判定することで（図６のステップＳ６）、ギヤ抜きが確実に実施されたか否かを確認することができる。たとえば、図６のステップＳ６でＹｅｓとなったときのニュートラルのギヤ位置は、図５に示す位置である。これに対し、図６のステップＳ５でＹｅｓとなったときのギヤ抜きのギヤ位置は、エンジン１０の動力が出力軸４７に伝達されていない状態であるので、図４に示した位置よりも若干、１速ギヤ４５の方向にズレた位置とするとギヤ抜きが行われたことをニュートラル位置の判定により確実にしてギヤ入れに移行することができる。なお、ギヤ抜き位置をそのままニュートラル位置としてステップＳ６の判定は省略してもよい。

また、変速開始から所定時間が経過してもギヤ抜きが完了しない場合には（図６のステップＳ７でＹｅｓ）、クラッチ１４を切断してギヤ抜きが実施される（図６のステップＳ８）。ここで所定時間とは、通常は、ギヤ抜きが完了している時間である。たとえば、変速機１１の内部のギヤオイルが低温で粘度が高く、クラッチ１４を接続したままではギヤ抜きが行われないなどの特殊な状況下では、クラッチ１４を切断してギヤ抜きが実施される。

なお、図６のステップＳ９のギヤ入れ実施については、従来からの手順で行われるので、詳細な説明は省略する。

以上説明したように、ギヤが入っている状態を解除するのに際し、エンジン１０のトルクの減少と共に、アクチュエータ１２を所定の駆動力ｆで駆動を開始するステップ（図５のステップＳ２）と、所定の駆動力ｆをギヤ抜きが完了した状態となるまで継続するステップ（図５のステップＳ３でＮｏ，ステップＳ７でＮｏ）と、を有するので、自動変速機のギヤ抜きに際し、ドリブンギヤのギヤ歯部とドグクラッチのギヤ歯部の間（すなわち、ドライブギヤとドリブンギヤとの間）のトルクが０になったときにギヤ抜きを行うことができる。

（その他の実施の形態）
上述の実施の形態では、アクチュエータ１２は、電動として説明したが空気圧や油圧もしくは電磁力によって駆動するものであってもよい。

上述の実施の形態では、変速機１１は、シンクロメッシュを持たない常時噛合い式で説明したが同期噛合い式であってもよい。また選択摺動式であってもよい。

１…車両、１０…エンジン、１１…変速機、１２…アクチュエータ、１３…制御装置（制御手段）

Claims (3)

1. エンジンと、互いに噛合うギヤの組合せを変更することで前記エンジンの回転速度を変速する変速機と、前記変速機のギヤ入れギヤ抜きの際の駆動力を発生するアクチュエータと、を有する車両において、
   前記ギヤが入っている状態を解除するのに際し、前記エンジンのトルクの減少と共に、前記アクチュエータを所定の駆動力で駆動を開始し、前記所定の駆動力をギヤ抜きが完了した状態となるまで継続する制御手段を有する、
   ことを特徴とする車両。
2. 請求項１記載の車両において、
   前記エンジンの出力軸と前記変速機の入力軸とを接断するクラッチを有し、前記制御手段は、変速開始から所定時間が経過してもギヤ抜きが完了しないときには前記クラッチをいったん切断してギヤ抜きを行う、
   ことを特徴とする車両。
3. エンジンと、互いに噛合うギヤの組合せを変更することで前記エンジンの回転速度を変速する変速機と、前記変速機のギヤ入れギヤ抜きの際の駆動力を発生するアクチュエータと、を有する車両に備えられ、前記アクチュエータを制御する制御装置が実行する変速制御方法において、
   前記ギヤが入っている状態を解除するのに際し、前記エンジンのトルクの減少と共に、前記アクチュエータを所定の駆動力で駆動を開始するステップと、
   前記所定の駆動力をギヤ抜きが完了した状態となるまで継続するステップと、
   を有する、
   ことを特徴とする変速制御方法。

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