JP3637466B2

JP3637466B2 - 電動シフト機構の制御方法およびその装置

Info

Publication number: JP3637466B2
Application number: JP19876696A
Authority: JP
Inventors: リチャードデービスアラン; アレンコミネックレオ; ポールジャネックダニエル; ジェームズロージーダニエル
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1995-07-28
Filing date: 1996-07-29
Publication date: 2005-04-13
Anticipated expiration: 2016-07-29
Also published as: US5894208A; EP0756113A1; CN1164683A; DE69605088T2; DE69605088D1; JPH09100906A; EP0756113B1; CN1155487C; ES2140029T3; KR100349819B1; MX9603082A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば機械式自動変速機用の電動Ｘ−Ｙシフト機構のような電動シフト機構の作動制御のための制御方法およびその装置に関する。本発明は、特に、シフト機構における摩擦力による引っかかりを周期的に解消するのに効果のある電動シフト機構の制御方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
システムコントローラからの指令出力信号によって制御されるシフト機構を利用した機械式自動変速装置は、米国特許第4,361,060 号、第4,595,986 号、第4,648,290 号、第5,050,427 号及び第5,053,959 号に記載されているように、従来技術において公知であり、その開示内容は参考として本発明に含まれる。このような全自動及び半自動変速装置は、米国特許第4,754,665 号、第4,920,815 号及び第5,000,060 号に記載されているように、選択されたギア比と選択的に係合及び離脱するために同期または非同期噛み合いジョークラッチを利用する機械式変速機に基づいており、その開示内容は、参考として本発明に含まれる。
【０００３】
１つまたは複数の電気モータの選択的作動によって、単一軸または２つの直交軸に沿って移動可能なシフトフィンガ等のシフト部材を有するシフト機構も、米国特許第4,873,881 号及び第5,219,319 号に記載されているように、従来技術において公知である。このような装置においては、電気モータ、一般的には双方向性直流モータの回転方向及び出力トルクは、それぞれモータに通電される電流の極性及びアンペア数の関数である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術の電気モータ作動シフト機構は、ほぼ満足できるものであるが、次の点で改善の余地がある。すなわち、一般に、制御装置は、モータへの通電電流を直ちに目標最大電流値まで立ち上げ、そして、目標最大電流値で維持させるので、シフト機構の当接部が当接したとき、摩擦力による引っかかりを解消できず、結果として意図した以上の力を発生させることが多いからである。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、シフト機構の摩擦力による引っかかりを周期的に解消することができる電動シフト機構の制御方法およびその装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記従来技術の欠点は、シフトリンク機構及びシフト機構における摩擦力による引っかかりを周期的に解消させるようにした、電気モータによって作動されるシフト機構のための制御の提供によって最小限に抑えることができる。このことは、シフト操作の開始時において、及び、周期的に（例えば0.80〜1.20秒毎に１回）、あるいはこれらの一方において、制御される電気モータに通電されるアンペア数を非常に短い時間、最低値まで減少させ（例えば20〜30ミリ秒間はゼロアンペア）、ついで、中間のアンペア数（例えば2.0 〜3.0 アンペア）まで立ち上げ、その後、所望の目標最大電流（例えば約6.0 アンペア）まで漸増させることによって達成される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の上記目的、他の目的および利点は、図面に基づいた好適な実施の形態の詳細な説明を読むことによって明白となるであろう。以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【０００８】
本発明の電動シフト機構の制御装置を有利に利用するタイプの機械式自動変速装置100 を図２に参考として示す。変速装置100 は、マスタークラッチ106 のような非噛み合い継手を介して、少なくとも部分的に自動化された機械式変速機104 を駆動させる内燃エンジン102 を含む。運転者のために、シフト制御盤108 、手動スロットルペダル110 およびブレーキペダル112 が設けられており、これらはすべて、マイクロプロセッサベースの制御ユニット116 に入力信号114 を送信することができ、この制御ユニット116 は、所定の論理規則に従って入力信号114 を処理して、エンジン燃料コントローラ120 、クラッチオペレータ122 、及び変速機シフトアクチュエータ（モータコントローラ）124 のような各種システムアクチュエータへ指令出力信号118 を出力する。
【０００９】
各種システムアクチュエータは、望ましくは制御ユニット116 へフィードバック入力信号114 を送信するための手段、並びに、（エンジン速度を検知するための）センサＥＳ、（入力軸速度を検知するための）センサＩＳ、及び（出力軸速度を検知するための）センサＯＳのような各種センサを含み、制御ユニット116 への追加の入力信号114 を送信するようになっている。よく知られているように、変速装置100 の各種要素は、SAE J1922 、SAE J1939 、ISO 11898 等の産業用プロトコルと一致するデータリンクによって作動させることができる。
【００１０】
図３に示す一般的な形式の機械式全自動及び半自動変速装置は、前述の米国特許第4,361,060 号、第4,595,986 号、第4,648,290 号、第5,050,427 号及び第5,053,959 号を参照すればわかるように、従来技術において公知である。
【００１１】
図３には、複数のほぼ平行なシフトバーすなわちシフトレールを備える一般的なシフトバーハウジングアセンブリ10が示されている。シフトバーハウジングアセンブリ10は、後退ギア／１速ギアレール12、２速／３速ギアレール14及び４速／５速ギアレール16を含む。各レール12、14、及び16には、それぞれシフトフォーク20、22及び24が固定されて各レール12、14、及び16と共に軸方向に移動するようになっている。５×２レンジ変速機に利用されるシフトバーハウジング10のための典型的な「シフトパターン」を図４に概略的に示す。
【００１２】
各シフトレール12、14及び16は、それぞれに固定されたシフトブロック機構12A 、14A 及び16A を有している。シフトブロック機構12A 、14A 及び16A は、対向する一対の当接面を形成しており、従来技術において知られているように、シフトフィンガ19（シフト部材）が選択的に係合されて、シフトレール12、14及び16をＹ−Ｙ方向に選択的に移動させて、変速ギア比に関連する機械的クラッチを係合、離脱するようになっている。
【００１３】
図３に示す形式のシフトバーハウジングアセンブリと共に有利に利用される形式の一般的な電気モータ作動Ｘ−Ｙシフト機構28を図５に示す。しかしながら、本発明は、前述の米国特許第4,920,815 号に記載された単一シフト軸機構のような別の形式のシフト機構と共に使用する電動シフト機構にも適用することができる。
【００１４】
図５に示すように、Ｘ−Ｙシフト機構28は、シフトフィンガ19をシフトブロック機構12A 、14A および16A の１つと整合させるために、選択的にＸ−Ｘ選択方向に移動させ、ついで、シフトフィンガ19をＹ−Ｙ係合／離脱方向に移動させ、選択されたシフトレール12、14及び16、並びに、それに固定されたシフトフォーク20、22及び24を選択的に軸方向に移動させて、噛み合いジョークラッチを選択的に係合または離脱させるように操作することができる。図からわかるように、シフトフィンガ19は、シフト軸19A に固定されており、シフト軸19A とともに軸方向及び回転方向に移動するようなっている。簡単に言えば、軸線方向に沿って移動可能に、かつ、軸線回りに回動可能に取付けられたシフト軸19A は、軸線方向に沿って移動してシフトフィンガ19をＸ−Ｘ選択方向に移動させ、軸線回りに回動してシフトフィンガ19をＹ−Ｙ係合／離脱方向に移動させる。
【００１５】
電動Ｘ−Ｙシフト機構28は、ボールねじ機構30を含み、このボールねじ機構30は、シフトフィンガ19をＸ−Ｘ方向に移動させるための電気導線34及び36を有する永久磁石型双方向性直流モータ32によって駆動される。シフト機構28は、シフト軸19A を軸線回りに回動させてシフトフィンガ19をＹ−Ｙ方向に移動させるためのＵ字リンク機構40と連動するボールねじ機構38を含み、このボールねじ機構38は、電気導線44及び46を有する永久磁石型双方向性直流モータ42によって駆動される。電気導線34、36、44及び46における電流の極性及びアンペア数は、制御ユニット116 からの指令出力信号118 に応じて、モータコントローラ124 によって制御される。位置センサ48及び50は、シフトフィンガ19のＸ−Ｘ位置及びＹ−Ｙ位置をそれぞれ表示するフィードバック信号を提供するために設けられている。
【００１６】
図６は、モータ32，42及びモータ32，42それぞれの位置を検出してフィードバック信号を出力する位置センサ48，50の回路図である。位置センサ48は、可変抵抗器であり、一方の端子52には＋５Ｖの電位が、また、他方の端子54には接地電位が印加されている。可変抵抗器（位置センサ48）のアーム56は、ボールねじ機構30の位置に応じて移動する。シフトフィンガ19のＸ−Ｘ位置は、アーム56上の電位によって表示される。同様に、係合／離脱アクチュエータ用の位置センサ50も可変抵抗器である。位置センサ50の可動アーム58は、ボールねじ機構38と機械的に連結しており、アーム58上の直流電位は、ボールねじ機構38の位置の尺度である。
【００１７】
よく知られているように、ボールねじ機構30及び38に作用するトルクは、それぞれモータ32及び42に通電される電流のアンペア数に正比例する。図５に示す形式の電気モータ作動Ｘ−Ｙシフト機構のための従来の制御装置では、シフトフィンガ19を特定の方向に移動させるために、適切なモータに通電される電流のアンペア数は、その目標最大電流（大型トラック等に使用される電動Ｘ−Ｙシフト機構の場合、通常約６アンペア）まで立ち上げられ、そして、シフトフィンガ19が選択された位置まで移動したことが検知されるまで、そのレベルで維持されていた。この従来の方法は、シフト機構及びシフトリンク機構における摩擦力による引っかかりを解消するための制御がなく、（シフト機構の当接部が当接する際に、運動エネルギーが位置エネルギーに変わることにより）シフトフィンガ19に意図した以上の力が作用しがちであるため、全体的に満足できるものではなかった。
【００１８】
本発明によると、少なくとも１つの制御された電気モータによるシフト動作の開始時に、及び／または、シフト動作中において周期的に、制御された電気モータに通電されるアンペア数は、最低レベル（望ましくはゼロアンペア）まで減少され、比較的短い時間の間はそのレベルで維持され、ついで、中間のアンペア数レベルまで立ち上げられ、その後、目標最大レベルまで漸増され、その周期が繰り返されるまで、そのレベルで維持される。これらは、シフト機構およびシフトリンク機構における摩擦力による引っかかりを解消する周期的な手順を提供するためのものである。
【００１９】
本発明の電動シフト機構の制御方法及びその装置の制御に係るグラフ図を図１に示す。実例として、制御されるモータは、シフトフィンガ19をＹ−Ｙ係合及び離脱方向に移動させるための電気モータ42とする。係合／離脱動作のスタート時、すなわちポイント60においては、モータ42に通電される電流はゼロ（最低レベル）であり、ついで、ポイント62に示すように、中間レベル（例えば2.0 〜3.0 アンペア）まで立ち上げられ、その後、ポイント64に示すように、所望の目標最大アンペア数（目標最大レベル）である約 6.0アンペアまで漸増され、そして、周期の開始から所定時間66の経過までは、そのレベルで維持され、その時間が経過したとき、すなわちポイント68において、アンペア数は、ポイント70に示すように、再びゼロアンペアまで減少される。所定時間66の長さは、約0.80〜1.20秒であることが望ましい。なお、モータ42への通電電流のアンペア数は、その中間レベルが目標最大レベルの約20〜40％であることが望ましい。
【００２０】
アンペア数は、比較的短い時間72（第２期間）の間は、その減少値で維持され、ついでポイント74及び76に示すように再び中間値まで立ち上げられ、その後、再び漸増されてポイント78において目標最大アンペア数となる。アンペア数がそのゼロ値で維持される比較的短い時間72の長さは、約 0.020〜0.040 秒（約20〜40ミリ秒）であることが望ましく、さらに望ましくは約 0.020〜0.030 秒（20〜30ミリ秒）とするとよい。また、アンペア数が目標最大レベルから減少して、再び目標最大レベルに復帰するまでの時間80は、約80ミリ秒であることが望ましい。そして、アンペア数は、望ましくは約0.60〜1.20秒間（約0.80〜1.20秒間でもよい）である継続時間82（第１期間）の間は目標最大レベルで維持される。また、継続時間82は、時間72よりも少なくとも30倍長くすることが望ましい。
【００２１】
目標ギヤ比に関連して選択されたジョークラッチを係合するとき、その係合に必要とされる時間は、システムに異常がなければ、通常 1.0秒以下であり、このため、上記の制御は、シフト動作の開始時以外は、通常より長い時間を必要とするギア係合動作時にのみ必要とされる。しかしながら、通常の離脱動作中においては、ジョークラッチは、それに作用する軸方向力に関らず、車両の駆動系にトルクブレーキが生じるまで離脱しない。従って、本発明の制御において、ジョークラッチの離脱動作中に、アクチュエータモータに通電されるアンペア数が１回または複数回瞬間的に低下されることは、通常のシフト動作において行われることである。
【００２２】
本発明の好適な実施の形態は、特定のものとして説明されているが、この好適な実施の形態は、一例にすぎず、本発明を具体例に限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の制御方法及びその装置の制御に係るグラフ図である。
【図２】本発明の制御方法及び制御装置を適用する機械式自動変速装置の概略図である。
【図３】本発明の制御用法および制御装置を利用する通常の機械式変速機のシフトバーハウジングアセンブリの概略図である。
【図４】図３の変速機用のシフトパターンの概略図である。
【図５】図３のシフトバーハウジングアセンブリに関連して使用する電動シフト機構の概略図である。
【図６】図５の電動シフト機構に装着されるモータ及び位置センサの概略構成を示す回路図である。
【符号の説明】
19 シフトフィンガ
38 ボールねじ機構
40 Ｕ字リンク機構40
42 永久磁石型双方向性直流モータ
72 時間
82 継続時間
114 入力信号
116 制御ユニット
118 指令出力信号
124 モータコントローラ

Claims

選択的に移動可能なシフト部材(19)と、所定の目標最大レベルの入力を有する選択的に作動される電気モータ(42)と、該モータによって駆動されて前記シフト部材を選択的に移動させるシフトリンク機構(38,40) と、前記モータを選択的に作動させるモータコントローラ(124) と、入力信号(114) を受信し、該入力信号を所定の論理規則に従って処理して、前記モータコントローラを含むシステムアクチュエータへの指令出力信号(118) を出力する制御ユニット(116) とを備えた変速装置の電動シフト機構の制御方法であって、
前記目標最大レベルの入力で前記モータを作動させる第１期間（82）の経過後、該第１期間よりも短い第２期間(72)の間は、前記モータの入力を最低レベルまで減少させ、ついで、前記モータの入力を前記目標最大レベルに復帰させるようにしたことを特徴とする電動シフト機構の制御方法。
第１期間は、第２期間よりも少なくとも30倍長いことを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
第１期間は、約0.80〜1.20秒であり、第２期間は、約0.020 〜0.030 秒であることを特徴とする請求項１に記載の制御方法。
モータの入力の目標最大レベルへの復帰は、前記モータの入力を前記目標最大レベルより小さい中間レベルまで立ち上げ、ついで、該中間レベルから前記目標最大レベルまで漸増させるようにしたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の制御方法。
中間レベルは、目標最大レベルの約20〜40％であることを特徴とする請求項４に記載の制御方法。
電気モータは、直流モータであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の制御方法。
電気モータは、直流モータであることを特徴とする請求項４に記載の制御方法。
直流モータは、双方向性モータであることを特徴とする請求項６に記載の制御方法。
直流モータは、双方向性モータであることを特徴とする請求項７に記載の制御方法。
電動シフト機構は、シフト部材を選択的に第１軸方向に移動させるための第１電気モータと、前記シフト部材を前記第１軸方向にほぼ直交する第２軸方向に移動させるための第２電気モータとを含むＸ−Ｙシフト機構であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の制御方法。
電動シフト機構は、シフト部材を選択的に第１軸方向に移動させるための第１電気モータと、前記シフト部材を前記第１軸方向にほぼ直交する第２軸方向に移動させるための第２電気モータとを含むＸ−Ｙシフト機構であることを特徴とする請求項４に記載の制御方法。
シフト部材の選択的移動の開始時においては、電気モータの入力を最低レベルとし、ついで、中間レベルまで立ち上げ、その後、目標最大レベルまで漸増させるようにしたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の制御方法。
シフト部材の選択的移動の開始時においては、電気モータの入力を最低レベルとし、ついで、中間レベルまで立ち上げ、その後、目標最大レベルまで漸増させるようにしたことを特徴とする請求項４に記載の制御方法。
シフト部材の選択的移動の開始時においては、電気モータの入力を最低レベルとし、ついで、中間レベルまで立ち上げ、その後、目標最大レベルまで漸増させるようにしたことを特徴とする請求項９に記載の制御方法。
選択的に移動可能なシフト部材(19)と、所定の目標最大レベルの入力を有する選択的に作動される電気モータ(42)と、該モータによって駆動されて前記シフト部材を選択的に移動させるシフトリンク機構(38,40) と、前記モータを選択的に作動させるモータコントローラ(124) と、入力信号(114) を受信し、該入力信号を所定の論理規則に従って処理して、前記モータコントローラを含むシステムアクチュエータへの指令出力信号(118) を出力する制御ユニット(116) とを備えた変速装置の電動シフト機構の制御装置であって、
前記制御ユニットの論理規則は、前記目標最大レベルの入力で前記モータを作動させる第１期間（82）の経過後、該第１期間よりも短い第２期間(72)の間は、前記モータの入力を最低レベルまで減少させ、ついで、前記モータの入力を前記目標最大レベルに復帰させる論理規則を含んでいることを特徴とする電動シフト機構の制御装置。
第１期間は、第２期間よりも少なくとも30倍長いことを特徴とする請求項15に記載の制御装置。
第１期間は、約0.80〜1.20秒であり、第２期間は、約 0.020〜0.030 秒であることを特徴とする請求項15に記載の制御装置。
モータの入力の目標最大レベルへの復帰は、前記モータの入力を前記目標最大レベルより小さい中間レベルまで立ち上げ、ついで、該中間レベルから前記目標最大レベルまで漸増させるようにしたことを特徴とする請求項15ないし17のいずれかに記載の制御装置。
中間レベルは、目標最大レベルの約20〜40％であることを特徴とする請求項18に記載の制御装置。
電気モータは、双方向性直流モータであることを特徴とする請求項15ないし17のいずれかに記載の制御装置。
電気モータは、双方向性直流モータであることを特徴とする請求項18に記載の制御装置。
制御ユニットの論理規則は、さらに、シフト部材の選択的移動の開始時においては、電気モータの入力を最低レベルとし、ついで、中間レベルまで立ち上げ、その後、目標最大レベルまで漸増させる論理規則を含んでいることを特徴とする請求項15ないし17のいずれかに記載の制御装置。
制御ユニットの論理規則は、さらに、シフト部材の選択的移動の開始時においては、電気モータの入力を最低レベルとし、ついで、中間レベルまで立ち上げ、その後、目標最大レベルまで漸増させる論理規則を含んでいることを特徴とする請求項18に記載の制御装置。