JP2017512289A - ギアシフトアクチュエータ及び、対応するシフトアクチュエータを制御する方法 - Google Patents

Abstract

ギアボックスのスライディングギア付きシフトアクチュエータを制御する方法であって、シフトアクチュエータがシフトフォーク（６）を制御する制御要素（２）を備え、シフトフォークがギアボックスのシャフトへのギアの係合解除と係合を担い、シャフトが車両の車載電気システムによって電力供給されるトラクション機構からトルクを受け、前記制御要素は機械式スプリングアシストシステムの上流に配置され、ＤＣ駆動モータ（１）によって所定の位置に調整されて、前記ギアの係合解除及び係合の動作の間、駆動モータ（１）に対して印加される電圧を、前記車載電気システムの基準電圧を超えて一時的に上昇させることを特徴とする、方法。【選択図】図５

Description

本発明は、アクチュエータを備える平行軸ギアボックス内のギアシフト制御に関する。

本発明は、スライディングギア付きシフトアクチュエータを制御する方法であって、シフトアクチュエータがシフトフォークを制御する制御要素を備え、シフトフォークがギアボックスのシャフトへのピニオンの係合解除と係合を担い、シャフトが車両の車載電気システムによって電力供給されるトラクション機構からトルクを受ける、方法に関する。この制御要素は、機械式スプリングアシストシステムの上流に配置される。この制御要素は、ＤＣ駆動モータによって所定の位置に調整される。

本発明はまた、ギアボックスのシャフトへのピニオンの係合解除と係合を確保する、シフトフォークを制御するための制御要素を備えるシフトアクチュエータにも関する。この制御要素は、電圧変調要素を備える車両の車載電気システムによって電力供給されるＤＣ駆動モータによって、所定の位置に調整される。このアクチュエータでは、制御要素は機械式スプリングアシストシステムの上流に配置され、これによってスライディングギアの歯の、ピニオンの歯の間への係合が促進される。

本発明は、限定しないが、好ましくは、ピニオン同期機構を持たない自動シフトのマニュアルギアボックスとして動作する、「ロボット」タイプのギアボックスに用途を見出す。

同期機構を持たない内部ギアシフト制御システムにおいては、フラットな歯または「爪」を持つスライディングギアが使用されている。「爪」は、係合しようとするギアピニオンの歯と当接し、その後、ギアピニオンの歯の間に係合できるように、ピニオンに対してわずかに回転する。

快適なシフト操作の要求水準を達成するため、シフト補助装置を使用することができる。シフト補助装置は、同期フェーズの間に収縮してエネルギーを貯蔵し、同期フェーズが終わるとこのエネルギーを放出して、ピニオンの係合を促進することができる、抵抗スプリングを実装している。

公報ＦＲ２９８８８００は、外部要素の制御下で、コントロールシャフトに沿った自身の軸方向への移動を可能にするため、コントロールシャフトの周囲に係合する２つのアームを備えるリジッドフォーク移動機構を備える、爪付きスライディングギアを駆動する、既知のシステムを開示している。該システムは、該機構の２つのアームの間でフォークシャフトの周囲に巻きつけられた抵抗スプリング及び、シャフトに沿って限定した移動でスライドできるように、該スプリングの両端と該機構の両アームとの間で接している２つの保持環、をさらに備える。スライディングギアの歯とピニオンの歯とが当接するとき、スプリングはアクチュエータによって供給されたエネルギーを蓄積する。係合が可能になった時、スプリングはフォークを加速することによってエネルギーを放出する。得られる加速は、スプリングの収縮次第であり、したがって歯が当接したフェーズの間に電気モータによって伝えられるトルク次第である。

ギアチェンジの間は、円滑なシフト操作のために要求される、必要な操作全てに係る時間を最小化することが重要である。

本発明の狙いは、レギュレーション制御パラメータを決定することによって、このプロセスを最適化することである。

この目的のため、本発明は、ピニオンの係合解除及び係合の動作の間、駆動モータに印加される電圧を一時的に上昇させることを提案する。
具体的には、駆動モータの電圧設定点は、通常の供給電圧よりも高い値に、一時的に変更される。

本アクチュエータの具体的な実施形態によると、車載電気システムの電圧コンバータは、ピニオンの係合解除及び係合の動作の間、駆動モータの電圧を車載電気システムの通常の供給電圧よりも高い値に一時的に変更する。

本発明は、添付の図面を参照しつつ下記の非限定的な実施形態の説明を読むことで、より良く理解されるであろう。

アクチュエータの機械的原理を示す。 ギアチェンジのステップを示す。 従来型の車載電気システムの電圧が１２Ｖのときの、レギュレーションを示す。 この電圧を変更することによって達成された性能向上を強調して示す。 アクチュエータ駆動モータの電圧変更に伴う、新しいシーケンスを示す。

図１に非限定的に示す電動ギアシフトアクチュエータは、ギアシフトピン（２）といった制御要素に回転可能に接続された電動モータ１によって制御されている。ピン２は、公報ＦＲ２９８８８００に記載のようなリジッド機構３の溝３内に係合している。固定機構３は、平らな歯または「爪」８を持つスライディングギア７を制御するため、コントロールフォーク６のコントロールシャフト４の周りに係合している２つのアーム３ａを備えている。スライディングギアは、位置センサから位置情報を受信するモータ１と、機構の２つのアーム３ａの間でシャフト４の周りに巻かれた抵抗スプリング９と、による制御で移動する。２つの環１１は、シャフト４に固定されたピン１２がその中で移動する長方形のスロット１１ａの存在によって、スプリング９の最大の収縮と、シャフト上での機構の移動とを制限する。要約すると、このアクチュエータは、ギアボックスのシャフトへのピニオンの係合解除と係合を確保する、シフトフォークを制御するための制御要素を備える。この制御要素は、車両の車載電気システムによって動き、スライディングギアの歯がピニオンの歯の間に係合するのを促進する機械式スプリングアシストシステムの上流に配置されたＤＣ駆動モータによって、所定の位置に調整される。この制御要素は、以下のように動作する。

ギアが係合しているとき、機構、スプリング、環、シャフト、及びフォークからなるアセンブリは、スライディングギアの歯８の、ピニオン１３の歯１３ａに対する配置に関連してフォークが抵抗を受けるまで、一体となって移動する。スプリング９は、スライディングギアがピニオンに対して配置されてからピニオンと係合するまでの間、即ちスライディングギアの歯とピニオンの歯との係合との間、スプリングの荷重フェーズにおける機構３の連続した動きによって環１１同士の間で収縮する。次いでスプリングは弛緩し、蓄積していたエネルギーを放出して、スライディングギアのピニオンとの係合を補助する。

この制御は、好ましくはＤＣ機であるアクチュエータ１の、電動モータに対して印加される電圧によって起こる。ギアシフトを決定するのはフォークの位置であるが、この方法は調整可能ではない。本制御は、運動制御機構内のアシスト手段の上流にある、ピン２の位置によって調整される。本レギュレーションの中で測定され使用されている変数は、ピン２の位置と、モータの供給電流である。図２の３つの曲線はそれぞれ、ピンの位置（ｍｍ）、トラクションのトルク（ニュートンメートル）、及びトラクション機構の速度（回毎分、ｒｐｍ）の変化を表す。図２を参照すると、ギアチェンジ操作の間、アクチュエータの制御が以下のステップを含むことが分かる。
ａ）シャフトを駆動する、車両のトラクション機構（電気または内燃機関）によって伝達されるトルクのキャンセル、
ｂ）ピン２の位置を調整することによる、第１のギアのアイドラ（第１のギア比）の係合解除。次いで、駆動モータは惰走する（即ちニュートラル位置にある）（ステップ２）
ｃ）所望のギアに係合することができるための、トラクション機構による、シャフトと第２のギアのアイドラ（最終ギア比）との同期（ステップ３）
ｄ）ピン２の位置を調整することによる、第２のピニオンの係合（ステップ４）
ｅ）トラクション機構へのトルクの再適用（ステップ５）。

図２は、これらのステップの各々の継続時間を示す。第２の曲線上に、電動トラクション機構によって提供されたトルクのキャンセル（ステップ１）が約４００ｍｓかかることが示されている。係合解除（ステップ２）には、約２００ｍｓかかる（第２の曲線）。次に、同期フェーズ（ステップ３）には約１５０ｍｓかかる。同期の後、再係合（ステップ４）には２００ｍｓかかる。

図３は、従来型の車載電気システムの電圧を１２Ｖにした、ピン位置の調整の実施を示す。図４に示すとおり、車載電気システムの電圧が１６Ｖに上昇すると、レギュレーションの性能は向上することができる。係合にかかる時間の短縮は、１０ｍｓのオーダーである。ピニオンの係合と係合解除とにレギュレーションが介在することを考えると、ギアチェンジ操作全体における時間の節約は２倍であり、即ち１回のギアシフト操作に対して約２０ｍｓである。

ギアボックスのアクチュエータは、通常、車両の１２Ｖバッテリによって電力供給される。アクチュエータピンの移動を可能にするＤＣモータは、このオーダーの電圧の大きさで動作する寸法である。さらに、ピン位置の調整の性能は、ギアボックス内に搭載されているモータの出力によって決まる。この出力は、車載電気システムの電圧によって制限される。ところで、電気自動車またはハイブリッド自動車は通常、１２Ｖの車載バッテリ（ＬＶバッテリ）及び、例えば４００Ｖといった、主として車両のトラクション機構を動かすように意図された、より強い電圧のバッテリ（ＨＶバッテリ）を有している。次いで、ＤＣ／ＤＣ（直流／直流）電圧コンバータが、従来型の内燃機関車両のジェネレータの役割を果たす。ＤＣ／ＤＣコンバータは、車両のＨＶバッテリからエネルギーを引き出し、１２Ｖバッテリの充電状態を維持するために、車載電気システム対して電力供給する。

ＤＣ／ＤＣコンバータを使用して、車載電気システムの電圧は、特に１２Ｖバッテリを再充電するために変調され得る。こうしてコンバータは、レギュレーション性能の向上を狙って、制御要素２の駆動モータの電圧を変調するのに使用され得る。この目的は、ギアチェンジをほぼ感知不可能にするように、レギュレーションの総継続時間を最小化することによって達成される。この解決法は、シフトアクチュエータの使用を予期して、車載電気システムの電圧を一時的に上昇させることにある。ＤＣ／ＤＣコンバータは、ピニオンの係合解除と係合の操作の間、駆動モータ１に印加される電圧を、車載電気システムの通常の供給電圧よりも大きい値に一時的に変調させる。

駆動モータ１の供給電圧の上昇は、各ギアシフト操作の開始時に起こる車両のトラクション機構のトルクのキャンセルの間、ＤＣ／ＤＣコンバータによって作動される。キャンセルには、必ず一定量の時間がかかる。運転しやすさという要件のため、トルクは突然にはキャンセルできない。このためこの時間は、たいてい約１００ｍｓよりも長い値に留まる。ＤＣ／ＤＣコンバータがその電圧設定点に対して反応し、車載電気システムの電圧を上昇させることを可能にするためには、この長さの時間は十分である。車載電気システムの供給電圧は、一時的に上昇させられる。この電圧上昇は、ピニオンが係合解除される前、トラクショントルクのキャンセルの間に作動される。次いで電流コンバータは新たなピニオンと係合した後、基準設定点に戻る。

図５に示す新たなギアチェンジのシーケンスは、以下になる。
ａ）車両のトラクション機構のトルクをキャンセルする間、車載電気システムによって制御要素６の駆動モータに対して適用される電圧設定点を一時的に上昇させる、
ｂ）第１のギアにトルクを伝達するピニオンを係合解除する、
ｃ）ギアボックスシャフトと第２のギアに使用されるピニオンとを同期させる、
ｄ）第２のピニオンを係合する、
ｅ）トラクション機構にトルクを再適用する間、車載電気システムの基準設定点に戻る。

結論として、本発明は、（トルクのキャンセルと再適用の時間の短縮とは異なり）運転しやすさに負の影響を与えることなく、ギアチェンジにかかる時間を短縮する。本発明は、車両に既に存在するシステムの機能を利用し、ＤＣ／ＤＣコンバータの電圧設定点を変更するためのソフトウェアの適応だけを必要とする。

Claims (9)

1. ギアボックスのスライディングギア付きシフトアクチュエータを制御する方法であって、前記シフトアクチュエータがシフトフォーク（６）を制御する制御要素（２）を備え、前記シフトフォークが前記ギアボックスのシャフトへのピニオンの係合解除と係合を担い、前記シャフトが車両の車載電気システムによって電力供給されるトラクション機構からトルクを受け、前記制御要素（２）は、機械式スプリングアシストシステムの上流に配置され、ＤＣ駆動モータ（１）によって所定の位置に調整されて、前記ピニオンの係合解除及び係合の動作の間、前記駆動モータ（１）に対して印加される電圧を、前記車載電気システムの基準電圧を超えて一時的に上昇させることを特徴とする、方法。
2. 前記車両の前記トラクション機構の前記トルクのキャンセルの間、前記駆動モータ（１）の供給電圧が上昇させられることを特徴とする、請求項１に記載のシフトアクチュエータを制御する方法。
3. 前記駆動モータ（１）の前記供給電圧の前記上昇は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＣ／ＤＣ）によって達成されることを特徴とする、請求項２に記載のシフトアクチュエータを制御する方法。
4. 前記駆動モータ（１）の前記供給電圧は、前記車両の前記トラクション機構に供給するバッテリ電圧のレベルに上昇させられることを特徴とする、請求項２または３に記載のシフトアクチュエータを制御する方法。
5. ａ）前記車両のトラクション機構の前記トルクをキャンセルする間、前記車載電気システムによって前記駆動モータ（１）に対して適用される電圧設定点を一時的に上昇させるステップ、
   ｂ）第１のギアに前記トルクを伝達する前記ピニオンを係合解除するステップ、
   ｃ）ギアボックスシャフトと第２のギアに使用される前記ピニオンとを同期させるステップ、
   ｄ）第２の前記ピニオンを係合するステップ、
   ｅ）前記トラクション機構に前記トルクを再適用する間、前記車載電気システムの基準設定点に戻るステップ、
   を含むことを特徴とする、請求項２から４のいずれか一項に記載のアクチュエータを制御する方法。
6. ギアボックスシフトアクチュエータであって、シフトフォーク（６）を制御する制御要素（２）を備え、前記制御要素は、電圧変調要素（ＤＣ／ＤＣコンバータ）を備える車両の車載電気システムによって電力供給される直流駆動モータ（１）によって、所定の位置に制御され、かつ、スライディングギアの歯のピニオンの歯の間への係合を促進する機械式スプリングアシストシステムの上流に配置されて、前記電圧変調要素（ＤＣ／ＤＣコンバータ）は、前記駆動モータ（１）の電圧を、前記車載電気システムの通常の供給電圧よりも高い値に一時的に変調するＤＣコンバータであることを特徴とする、ギアボックスシフトアクチュエータ。
7. ピニオンの係合解除の前の、前記車両のトラクション機構のトルクのキャンセルの間、前記駆動モータ（１）の前記供給電圧の設定点の上昇が作動されることを特徴とする、請求項６に記載のギアボックスシフトアクチュエータ。
8. 前記車両の前記車載電気システムの前記供給電圧が、前記車両の前記トラクション機構の供給電圧のレベルまで一時的に上昇させられることを特徴とする、請求項７に記載のギアボックスシフトアクチュエータ。
9. 電流コンバータは、新たなピニオンの係合の後、基準設定点まで戻ることを特徴とする、請求項７または８に記載のギアボックスシフトアクチュエータ。

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