JP3795793B2 - 変速機の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は自動車に利用する。本発明は、電動のモータにより変速機のギヤシフトを行う変速機に利用する。本発明は、電動のモータに供給する電流を制御するとともに、学習モードを備えたプログラム制御回路に関する。とくに変速機のニュートラル位置の学習に関する。
【０００２】
【従来の技術】
変速機の遠隔制御または自動制御のために、アクチュエータとして空気圧シリンダを利用し、シフトレバーの機械的な位置を駆動制御する技術が広く普及している。この装置は、変速機のシフトレバーをシフト方向に駆動するシフトシリンダと、シフトレバーをセレクト方向に駆動するセレクトシリンダとを設け、この二つのシリンダに供給する空気圧をそれぞれ開閉制御する二つの電磁弁、およびこの二つの電磁弁を制御するプログラム制御回路を設けたものである。
【０００３】
これに対して、空気圧を利用しない遠隔制御または自動制御形の変速機が研究されている。シフトレバーを駆動するアクチュエータとして、空気圧シリンダに代えて、電動のモータを利用する変速機が開発され実用化される段階にある。このような装置は、変速機のシフトレバーをシフト方向に駆動するモータ、およびセレクト方向に駆動するモータをそれぞれ設け、この２個のモータをプログラム制御回路を含む制御回路により制御する構造のものである。
【０００４】
電動のモータを利用する変速機は、空気圧系を装備しない車両に搭載することができるから、その適用範囲の拡大が期待されている。また、空気圧を利用するものにくらべ、装置を小型に構成することができる、制御騒音がほとんど発生しないなどの利点がある。
【０００５】
なお、空気圧シリンダを利用する変速制御装置について、そのギヤ位置を記憶学習する制御装置は、特開昭６３−５７９５０号公報（出願人：いすゞ自動車）に開示がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
変速機のギヤ・ユニット位置は、クラッチの回転軸すなわちエンジンの回転軸位置により定まる。そしてシフトレバーの位置はギヤ・ユニットの位置により定まる。これに対してギヤをシフトさせるためのモータは、変速機の外函などに取付具を介して取付けられる。したがって、モータの位置とシフトレバーの位置の間には、変速機外函の製造誤差や取付作業の組み立て精度にしたがってばらつきが生じる。
【０００７】
従来の空気圧シリンダを利用する装置では、空気圧シリンダを変速機外函のロワハーフにノックピンを設けて位置決めする構造が採られている。この構造によると空気圧シリンダの位置をシフト方向にもセレクト方向にも、その基準内に固定することができる。これに対して電動のモータを利用する装置では、上記のように変速機の外函に取り付けるためにばらつきが大きくなる。また電動のモータでは電流が流れていない状態でモータや減速歯車の慣性により動くことがあり、このときニュートラル位置が正確に定まらないためにセレクト動作ができないことがある。
【０００８】
このため電動のモータを利用する変速機の組み立てに際しては、モータのニュートラル位置が正確にギヤ・ユニットのニュートラル位置になるように、すなわち上記ばらつきが基準寸法に対して一定の公差内になるように、特別な治具などを用いた精密な作業を行うことが必要である。とくにニュートラル位置は、モータ側もギヤ・ユニット側も可動範囲の中点であり、可動範囲の端部から定められた距離を基準に調整する作業が必要である。これらはいずれも組み立て工程の作業工数を大きくするとともに、その作業工数は装置価格に反映して高価になる。そしてこの調整は、組み立て時のほかクラッチまたは変速機の修理保守の都度、あるいは何らかの原因でこの調節設定が変化した都度に行わなければならない。さらにこのような精密な組み立て作業を必要とする変速機の構造は、この調節設定が変化したときに動作の不具合を招くことになるから、電動のモータを利用した装置は故障の多い装置にということになってしまう。これを防ぐためには、通常の使用状態で定期的な保守整備を要求することにもなる。
【０００９】
本発明はこのような背景に行われたものであり、電動のアクチュエータを備えた装置であっても、その組み立て作業に、特別の治具などを用いるなど精度の高い工作作業を行う必要がない自動変速装置を提供することを目的とする。本発明は、機械的な組み立て工程で一品毎に、精度の高いばらつき調整を行う必要がない装置を提供することを目的とする。本発明は、変速機およびそのアクチュエータの組み立て工数を低減することを目的とする。本発明は、モータ駆動による変速機を安価に提供することを目的とする。本発明は、何らかの原因によりニュートラル位置などの機械的な整合調整が変化しても、装置の動作をその変化に追従させることが可能であり、それがただちに故障原因とならない装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、機械装置の組み立て完了後に、変速機のギヤ・ユニットとモータ（アクチュエータ）との相互位置関係について、プログラム制御回路が学習動作を実行し、これによりその相互位置関係を記憶設定する手段を設けることを最大の特徴とする。学習動作により制御回路内部のメモリに記憶された相互位置関係は、その後の変速動作が実行される都度制御定数として利用される。これにより、変速機のギヤ・ユニットとモータとの相互位置関係は、相応におおまかに製作することが可能になり、機械装置の組み立て工数を小さくすることができる。
【００１１】
すなわち本発明は、シフトレバーをシフト方向に駆動するシフトモータ（１）と、このシフトレバーをセレクト方向に駆動するセレクトモータ（２）と、前記シフトモータの変位およびセレクトモータの変位をそれぞれ検出する検出手段（３、４）と、この検出手段の検出出力および変速機の制御情報に応じて前記二つのモータの回転方向およびこの二つのモータに供給する電流を制御する制御回路（５）とを備えた変速機の制御装置において、前記制御回路（５）には、学習モードを設け、この学習モードでは前記シフトレバーをシフト方向に移動させ、シフト方向の動きを規制する一対のディテント（１１、１２）の位置を前記検出出力から検出する手段を含むことを特徴とする。この制御回路（５）には、前記一対のディテント（１１、１２）の位置を結ぶ直線の中点を演算し、これをニュートラル位置として記憶する手段を含む構成とすることができる。
【００１２】
上記括弧内の数字は、あとから説明する実施例装置の図面参照数字である。これは、本発明の構成を理解しやすいように付すものであって、本発明を実施例に限定して理解するためのものではない。以下の説明においても同様である。
【００１３】
一対のディテント（１１、１２）はシフトレバーがニュートラル位置にあるとき、そのシフト方向のニュートラル範囲を決めるギヤ・ユニット内の機械構造である。かりにシフトレバーがＨ字形に移動可能な構造の装置であれば、そのＨ字の縦方向の長さを規制する機械構造である。シフトレバーがこの二つのディテントの間を直線的に移動して、その二つのディテントの間にあれば、シフトレバーはそれぞれシフト方向に対して直角に交差するセレクト方向に移動することができる。ディテントの具体的な構造を例示すると、シフトレバーがシフト方向に移動するときに連動して移動する部材に溝が設けてあり、その溝の底部に固定的なロックボールが接触して、そのロックボールがその溝を乗り越えて移動することができないように、あるいはロックボールがその溝を乗り越えるには相応に大きい駆動力を必要とするようになっている。
【００１４】
上記制御回路（５）はソフトウェアにより制御されるプログラム制御回路である。この装置の機械構造の組み立て状態が確定した後に、この制御回路（５）を学習モードに転換設定して、ギヤ・ユニットの位置を学習させる。学習モードでは、シフトレバーをシフト方向に正負の向きに移動させて、シフトモータ（１）の変位に対する二つのディテントの位置を位置センサ（３）により検出する。そして、その二つのディテントを結ぶ線の中点をニュートラル位置とする。すなわち、シフト位置センサ（３）により、左のディテントのｘ軸上の座標位置がＮ₁ 、右のディテントのｘ軸上の座標位置がＮ₂ として検出されると、その中点の座標（Ｎ₁ ＋Ｎ₂ ）／２がニュートラル位置となる。これを演算し制御回路（５）のメモリに記憶することにより、ギヤ・ユニットとシフトモータ（１）との間に機械的な誤差があっても、シフトレバーの初期位置を正しくニュートラル位置に置くことが可能になる。かりに製造上の誤差その他により、ギヤ・ユニットとモータとの間の相対位置関係に、ばらつきやずれがあっても、学習モードで検出し演算し記憶したニュートラル位置は、その製品についてはギヤ・ユニットの正しいニュートラル位置になる。
【００１５】
前記制御回路（５）には、前記ニュートラル位置で前記シフトレバーをセレクト方向に移動させ、セレクト方向に設定された各ディテントの位置を前記検出出力からそれぞれ検出記憶する手段を含む構成とすることが望ましい。これにより、セレクト方向にもシフトレバーの起点位置を正しく認識し設定することができる。
【００１６】
前記制御回路（５）には、前記学習モードで前記シフトモータ（１）または前記セレクトモータ（２）に供給する駆動電流を前記設定されたディテントを越えることができない値に制限する手段と、その駆動電流を供給している状態で前記セレクトモータ（１）が停止した位置を前記ディテントの位置とする手段とを含む構成とすることが望ましい。かりに、シフトレバーがこのディテントを乗り越えて移動することにより一つのギヤ組み合わせが設定される構造であるときにも、学習モードではこのディテントを乗り越えない程度に制限された電流により、シフトモータまたはセレクトモータを駆動し、ロックボールがディテントに当接して、駆動電流が増大し、シフトレバーが停止する点をディテント位置として認識する構成とすることがよい。
【００１７】
学習モードは、上述のように機械的な組み立てが完了して、機械装置と制御回路の組み合わせが決定した段階で実行され、位置関係が正しく制御回路のメモリに記憶されると、原則的には再度この学習モードを実行する必要はない。しかしその後に、モータなどの部品交換その他の事情で、モータのニュートラル位置とギヤ・ユニットのニュートラル位置との間にずれが生じた、あるいは制御回路に設定された記憶が消去されたなどの事情が発生すれば、そのときには随時学習モードを実行し、新しくニュートラル位置を記憶設定することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図面を利用して本発明実施例についてさらに詳しく説明する。図１は本発明実施例のブロック構成図である。変速機ハウジング６の内部には前進５段後退１段の変速機が実装されている。アッパーカバー７は、変速機ハウジング６の内部に設けられたシフトレバー（図示せず）に連結されていて、変速機ハウジング６の上部構造に沿って摺動する。アッパーカバー７の摺動のパターンを図１の上部欄外に「王」字図形として表示する。このパターンはアッパーカバー７を矢印で示すように上からみたものであり、本来紙面に垂直に表れるものであるが、これを９０度展開して一つの表示したものである。この図形に付す（１）〜（５）の位置はそれぞれ前進１段〜５段であり、（Ｒ）の位置は後退を示す。
【００１９】
シフトモータ１はこのアッパーカバー７とシフトリンク８により連結されている。このシフトモータ１は、アッパーカバー７を介して、変速機ハウジング６の内部に設けられたシフトレバーをシフト方向に移動させる。シフト方向は図１の左右方向である。そしてこのシフトレバーのシフト方向座標軸上の位置は、シフト位置センサ３により電気的に検出され、制御回路５の入力情報となる。セレクトモータ２はセレクトリンク９によりアッパーカバー７に連結されている。セレクトモータ２は、同じくシフトレバーをセレクト方向に移動させるためのアクチュエータである。セレクト方向は図１の紙面に垂直な方向である。そしてこのシフトレバーのセレクト方向座標軸上位置は、セレクト位置センサ４により電気的に検出され、同様に制御回路５の入力情報となる。
【００２０】
制御回路５の入力情報として、このほかに変速機の出力側回転軸の回転を検出する速度センサ１０の出力情報、および運転席に設けられた操作レバー１４の操作情報がそれぞれ接続される。さらに制御回路５は、クラッチ制御回路１５、ブレーキ制御回路１６、およびエンジン制御回路１７と、制御バス１８により接続されている。クラッチ制御回路１５にはクラッチ・ペダル１９の操作情報が入力する。ブレーキ制御回路１６にはブレーキ・ペダル２０の操作情報、および前後輪にそれぞれ設けられた車輪回転センサ２１の検出情報が入力する。エンジン制御回路１７には、アクセル・ペダル２２の操作情報、およびエンジン回転センサ２３の検出情報が入力する。これらの操作情報および状態情報は制御バス１８を介してこの制御回路５の入力情報として利用することができる。クラッチ・ペダル１９は、これを設けない構造の装置もあるが、この実施例装置は車両の停車状態から発進するときには、運転者はクラッチ・ペダル１９を利用し、車両の走行途中での変速機の切り替え動作は運転者がクラッチ・ペダル１９をその都度踏む必要がなく、クラッチ制御回路１５および制御回路５が同期して自動的に制御を実行するように構成されたものである。このような装置は中型または大型の車両に広く普及している装置である。
【００２１】
ここで、シフトモータ１、セレクトモータ２、シフト位置センサ３、およびセレクト位置センサ４は、モータ・ユニットとして一つの部品に構成されていて、このモータ・ユニットは変速機ハウジング６の外壁に取付けられる。変速機ハウジング６は鋳造品であり、形状寸法の製造ばらつきは大きい。つまり、変速機ハウジング６の寸法精度は内部のギヤの寸法精度に比べておおまかである。したがって、変速機ハウジング６の外壁にあらかじめ均一な規格で取付穴を設けておき、ここにこのモータ・ユニットを取付けることにすると、一般には内部のギヤとはその位置関係が正確に整合しない。このため、取付穴の位置を一品ごとに高い精度で設定し、シフトリンク８およびセレクトリンク９について、一品ごとに治具を用いた細かい調節が必要であった。これを本発明の装置では、モータ・ユニットを相応におおまかな状態で取付および組立の作業を行っても、プログラム制御回路５の学習動作により、これらの機械的なばらつきによる影響を吸収するようにしたものである。
【００２２】
図２はシフトモータとディテントとの関係を説明する構造模式図である。シフトバー２４は、上で説明したアッパーカバー７の内部に設けられた機械部材である。シフトバー２４は、シフトモータ１が回転すると、シフトリンク８（図２では破線で示す）を介して、図２に矢印で示すようにシフト方向に移動する。このシフトバー２４には一対のディテント１１および１２が形成され、この一対のディテントの間でロックボール１３がシフトバー２４に当接する構造が設けられている。これは、シフトレバー（図外）のシフト方向の動きを規制するための構造であり、ロックボール１３がこの一対のディテント１１および１２の間にある状態がニュートラル状態になる。これは図１で例示して説明したように、変速機が前進５段後退１段であるなら、セレクトレバーの動きは「王」字のようになり、一対のディテント１１および１２は、この「王」字の横棒のニュートラル範囲を規制する構造である。例えば変速機が前進３段後退１段であるなら、セレクトバーの動きは「Ｈ」字状であり、一対のディテント１１および１２はこのＨの縦棒のニュートラル範囲を規制する構造となる。このような構造は、従来から変速機のギヤ・ユニット内部に設けられ広く知られた構造であるから、ここでは詳しい説明を省略する。
【００２３】
本発明の構造は、この一対のディテント１１および１２を利用して、一対のディテント１１および１２の中間点をニュートラル位置とし、これを起点としてシフトモータ１およびセレクトモータ２の駆動位置を制御するものである。すなわち、変速機の組み立てが完了した時点で、制御回路５をいったん学習モードに設定する。
【００２４】
図３は制御回路５の出力に設けられたシフトモータ駆動回路の要部回路図である。シフトモータ１を駆動するための電流は、電源２５から極性反転回路２６を介して、さらにチョッパ回路２７を介してシフトモータ１に供給される。プログラム制御回路はこの極性反転回路２６の切替え動作およびチョッパ回路２７の開閉動作を制御する。極性反転回路２６を切り替えることによりシフトモータ１の回転方向が制御される。学習モードではチョッパ回路２７の導通時間デューティを小さくすることにより、シフトモータ１に供給する電流を制限する。したがって学習モードでは、小さい電流によりシフトモータ１は緩やかに回転することになる。
【００２５】
図４に学習モードの制御フローチャートを示す。はじめにシフトモータ１を左方向に回転させ、ディテント１１がロックボール１３に当たり、所定時間が経過した時点でシフトレバーが停止したものと判定し、制御回路５はこのときのシフト位置センサ３の出力（座標位置Ｎ₁ ）を取り込む。つぎに制御回路５は、シフトモータ１を右方向に回転させ、ディテント１２がロックボール１３に当たり、所定時間が経過した時点で位置センサ３の出力（座標位置Ｎ₂ ）を取り込む。そしてこの二つの座標位置の中点
（Ｎ₁ ＋Ｎ₂ ）／２
を演算し、これをニュートラル位置として制御回路５のメモリ記憶設定する。このようにして記憶設定されたニュートラル位置は、変速機の内部ギヤ・ユニットにおける正確なニュートラル位置を、変速機ハウジング６に取付けられたシフト位置センサ３に対応させたことになる。以降、シフト位置センサ３により計測されるこのニュートラル位置を起点としてシフトレバーの制御を実行する。この構成により、変速機のギヤ・ユニットの位置を機械工作精度によりシフト位置センサ３の計測位置に対応させなくとも、正確なニュートラル位置を起点したシフト制御を実行することができる。
【００２６】
このように学習モードにより記憶設定したニュートラル位置は、変速機ハウジング６の形状に製造ばらつきがあっても、シフトリンク８あるいはセレクトリンク９の取付構造にばらつきがあっても、これらのばらつきや誤差を吸収した正確な位置情報となる。このような構成により、シフトモータ１およびセレクトモータ２などのユニットの取付作業に際しては、あらかじめ設定された規格寸法による穴あけおよび取付を行うなど、許容公差の大きい、すなわち製造工数の小さい作業を行うことが可能になる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明により、電動のアクチュエータを備えた装置であっても、その組み立て作業に、特別の治具などを用いるなど精度の高い工作作業を行う必要がなくなる。本発明により、機械的な組み立て工程で一品毎に、精度の高いばらつき調整を行う必要がなくなる。したがって、変速機およびそのアクチュエータの組み立て工数を低減することができ、モータ駆動による変速機を安価に提供することができる。本発明の装置は、何らかの原因によりニュートラル位置などの機械的な整合調整が変化しても、学習モードを再度実行することにより、装置の動作をその変化に追従させることが可能であるから、それがただちに故障原因とならない装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例装置のブロック構成図。
【図２】本発明実施例装置のディテントを説明する構造図。
【図３】本発明実施例装置のシフトモータへの電源電流供給回路を示す図。
【図４】本発明実施例装置制御回路の要部フローチャート。
【符号の説明】
１ シフトモータ
２ セレクトモータ
３ シフト位置センサ
４ セレクト位置センサ
５ 制御回路（変速機用）
６ 変速機ハウジング
７ アッパーカバー
８ シフトリンク
９ セレクトリンク
１０ 速度センサ
１１、１２ ディテント
１３ ロックボール
１４ 操作レバー
１５ クラッチ制御回路
１６ ブレーキ制御回路
１７ エンジン制御回路
１８ 制御バス
１９ クラッチ・ペダル
２０ ブレーキ・ペダル
２１ 車輪回転センサ
２２ アクセル・ペダル
２３ エンジン回転センサ
２４ シフトバー
２５ 電源
２６ 極性反転回路
２７ チョッパ回路

Claims (3)

1. シフトレバーをシフト方向に駆動するシフトモータと、このシフトレバーをセレクト方向に駆動するセレクトモータと、前記シフトモータの変位およびセレクトモータの変位をそれぞれ検出する検出手段と、この検出手段の検出出力および変速機の変速制御情報に応じて前記二つのモータの回転方向およびこの二つのモータに供給する電流を制御する制御回路とを備えた変速機の制御装置において、
   前記制御回路には、学習モードを設け、この学習モードでは前記シフトレバーをシフト方向に移動させ、シフト方向の動きを規制する一対のディテントの位置を前記検出出力から検出する手段を含み、
   前記制御回路には、前記学習モードで前記シフトモータまたは前記セレクトモータに供給する駆動電流を前記設定されたディテントを越えることができない値に制限する手段と、その駆動電流を供給している状態で前記シフトモータまたは前記セレクトモータが停止した位置を前記ディテントの位置と判定する手段とを含む
   ことを特徴とする変速機の制御装置。
2. 前記制御回路には、前記一対のディテントの位置を結ぶ直線の中点をニュートラル位置として記憶する手段を含む請求項１記載の変速機の制御装置。
3. 前記制御回路には、前記ニュートラル位置で前記シフトレバーをセレクト方向に移動させ、セレクト方向に設定された各ディテントの位置を前記検出出力からそれぞれ検出する手段を含む請求項２記載の変速機の制御装置。

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