JP4439874B2 - 歯車式変速機の変速装置 - Google Patents

Description

本発明は、同期機構を備えた歯車式変速機の変速装置において、特に、シフトフィーリングを向上させる技術に関する。

近年、シフトレバーに加えられた変速操作を電気信号に変換し、作動流体で作動するアクチュエータを電子制御することで、歯車式変速機を変速させる変速装置が実用化されている。変速装置には、円滑な変速を可能とすべく、摩擦トルクを利用して、回転速度の異なる同期側及び被同期側を同調させる同期機構が備えられる。同期機構は、変速操作力が伝達されるシンクロナイザスリーブによりシンクロナイザリングを被同期側の摩擦面に押し付け、摩擦面に発生した摩擦トルクにより同期側及び被同期側の同期をとる。

ところで、同期機構では、同期完了から変速完了までの間に、シンクロナイザスリーブがシンクロナイザリングを乗り越え、被同期側のスプラインに噛み合う過程を必ず経なければならない。このとき、同期完了により摩擦トルクが消滅するので、前記過程においては、同期側と被同期側とが相対回転可能な状態となる。そして、潤滑油温度が低く粘性が高い状態で変速を実行すると、出力軸と一体的に回転する被同期側を含めた系に発生したねじりが同期完了により開放され、その回転速度が急激に変化してしまうことがある。同期側の回転速度が急激に変化すると、同期側と被同期側との間に回転差が生じてしまい、シンクロナイザスリーブと被同期側のスプラインとの相対位置がずれることから、異音，シフトショックなどが発生してシフトフィーリングを低下させてしまうおそれがあった。

このような不具合を解消するために、非特許文献１に記載されるように、シンクロナイザスリーブ小径部の形状を見直し、同期完了後も小さな摩擦トルクを発生させることで、同期側と被同期側との回転差を減少する技術が提案されている。
有働秀男、他４名，「３Ｌクラス新型マニュアルトランスミッションの開発」，学術講演会前刷集，社団法人自動車技術会，２００２年１１月２８日，Ｎｏ．１０９−０２，ｐ．１−４

しかしながら、非特許文献１で提案される技術は、乗用車などの小型車両を前提とするため、同期機構で吸収可能なエネルギが小さく、伝達トルクが大きい大型車両に適用することはできなかった。
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、同期完了から変速完了までに要する時間を短縮することで、同期側と非同期側との回転差を減少し、シフトフィーリングを向上させた歯車式変速機の変速装置を提供することを目的とする。

このため、請求項１記載の発明では、作動流体で作動するアクチュエータにより、同期機構を備えた歯車式変速機を変速させる変速機構と、２つの入力ポートに供給された作動流体供給源の作動流体のうち、高圧の作動流体を前記変速機構に選択的に供給する選択供給手段と、前記作動流体供給源と選択供給手段の一方の入力ポートとを連通接続する配管に配設され、該作動流体供給源の作動流体を所定圧力に減圧する減圧手段と、前記作動流体供給源と選択供給手段の他方の入力ポートとを連通接続する配管に配設され、該配管内の流路を開閉する流路開閉手段と、前記歯車式変速機の変速開始から同期完了までは、前記流路開閉手段により流路を閉じる一方、同期完了から変速完了までは、前記流路開閉手段により流路を開く開閉制御手段と、を含んで歯車式変速機の変速装置を構成したことを特徴とする。

請求項２記載の発明では、前記開閉制御手段は、前記同期機構における同期側及び被同期側の回転速度が略一致したときに同期が完了したとみなして、前記流路開閉手段により流路を開くことを特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記開閉制御手段は、前記同期機構を構成するシンクロナイザスリーブの中立位置からの変位量が所定値になったときに同期が完了したとみなして、前記流路開閉手段により流路を開くことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、作動流体供給源から変速機構へは、２つの作動流体供給系路を経て低圧又は高圧の作動流体が選択的に供給される。即ち、変速機構には、２つの入力ポートに供給された作動流体供給源の作動流体のうち高圧のものを選択的に供給する選択供給手段が接続されると共に、その入力ポートには、作動流体を所定圧力に減圧する減圧手段が介装された配管、及び、作動流体の流路を開閉する流路開閉手段が介装された配管が夫々接続される。このため、変速機構へは、流路開閉手段により流路を閉鎖すれば低圧の作動流体が供給される一方、流路を開通させれば高圧の作動流体が供給されるので、低圧又は高圧の作動流体の選択制御を簡略化することができる。ここにおいて、歯車式変速機を変速させる変速機構には、変速開始から同期完了までは、流路開閉手段により流路を閉鎖することで作動流体供給源の作動流体が所定圧力に減圧されつつ供給される一方、同期完了から変速完了までは、流路開閉手段により流路を開通させることで作動流体供給源の作動流体が直接供給される。このため、変速開始から同期完了までの過程においては変速機構に低圧の作動流体が供給されるので、同期機構を構成するシンクロナイザスリーブの移動速度が制限され、ギヤ鳴きなどを防止することができる。また、同期完了から変速完了までの過程においては変速機構に高圧の作動流体が供給されるので、シンクロナイザスリーブの移動が迅速になされ、同期完了から変速完了までに要する時間が大幅に短縮される。そして、同期完了から変速完了までの間に発生する同期側と被同期側との間の回転差が減少し、シンクロナイザスリーブと被同期側のスプラインとの相対位置がずれることに起因する異音，シフトショックなどが効果的に抑制される。従って、変速開始から完了までの全過程において、シフトフィーリングを向上させることができる。

請求項２記載の発明によれば、同期機構における同期側及び被同期側の回転速度が略一致したときに同期が完了したとみなされる。即ち、同期機構における同期動作が進行すると、同期側及び被同期側の同調がなされてその回転速度が略一致する特性がある。このため、かかる特性を利用すれば、同期が完了したことを容易に検知することができる。そして、同期が完了したときには、変速機構に高圧の作動流体を供給することで、本発明の効果を発揮させることができる。

請求項３記載の発明によれば、同期機構を構成するシンクロナイザスリーブの中立位置からの変位量が所定値になったときに同期が完了したとみなされる。即ち、同期完了位置直後では、同期機構の特性上、シンクロナイザリングに対するシンクロナイザスリーブの噛み合いが急激に進行するので、シンクロナイザスリーブがこの位置まで移動したときに、同期が完了したと容易に判定することができる。そして、同期が完了したときには、変速機構に高圧の作動流体を供給することで、本発明の効果を発揮させることができる。

以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、本発明に係る歯車式変速機の変速装置を備えた車両構成を示す。
エンジン１０には、摩擦クラッチ１２を介して、歯車式変速機（以下「変速機」という）１４が取り付けられる。変速機１４には、シフトフォークが固定されたシフトシャフトを軸方向に移動させて変速する変速機構として、複数のエアアクチュエータを内蔵したギヤシフトユニット１６が取り付けられる。そして、ギヤシフトユニット１６には、作動流体供給源としてのエアタンク１８から、２つのエア供給系路を経て低圧又は高圧のエアが選択的に供給される。

即ち、エアタンク１８からギヤシフトユニット１６には、エアを所定圧力に減圧する減圧弁２０（減圧手段）が配設された配管２２、又は、エア流路を開閉する常閉式の電磁開閉弁２４（流路開閉手段）が配設された配管２６を介して、低圧又は高圧のエアが供給される。また、低圧又は高圧のエアを選択的にギヤシフトユニット１６に供給すべく、配管２２及び２６を介して、２つの入力ポートに夫々供給されたエアのうち、高圧のエアをギヤシフトユニット１６に供給するダブルチェックバルブ２８（選択供給手段）が設けられる。従って、電磁開閉弁２４の作動を制御することで、ギヤシフトユニット１６には、減圧弁２０により所定圧力に減圧された低圧エア、又は、エアタンク１８内の高圧エアが選択的に供給される。

また、変速機１４には、同期機構の被同期側に相当する入力軸（カウンタシャフト）の回転速度Ｎiを検出する入力回転速度センサ３０と、同期機構の同期側に相当する出力軸の回転速度Ｎoを検出する出力回転速度センサ３２と、が夫々取り付けられる。一方、ギヤシフトユニット１６には、少なくとも変速完了を含む変速状態を検出するポジションセンサ３４が取り付けられる。そして、入力回転速度センサ３０，出力回転速度センサ３２及びポジションセンサ３４からの各信号は、コンピュータを内蔵した制御装置３６に入力され、ＲＯＭ（Read Only Memory）に記憶された制御プログラムにより、電磁開閉弁２４の作動が制御される。

なお、制御装置３６は、開閉制御手段として機能すると共に、配管２２に介装された減圧弁２０，配管２６に介装された電磁開閉弁２４，ダブルチェックバルブ２８，入力回転速度センサ３０，出力回転速度センサ３２及びポジションセンサ３４と協働して作動流体供給手段として機能する。
次に、制御装置３６において変速時に実行される制御内容について、図２のフローチャートを用いて説明する。

ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様）では、入力回転速度センサ３０から入力軸（カウンタシャフト）の回転速度Ｎiを読み込む。
ステップ２では、出力回転速度センサ３２から出力軸の回転速度Ｎoを読み込む。
ステップ３では、入力軸（カウンタシャフト）の回転速度Ｎiと出力軸の回転速度Ｎoとが略一致したか否かを判定する。そして、回転速度Ｎiと回転速度Ｎoとが略一致したならばステップ４へと進む一方（Ｙｅｓ）、これらが略一致していなければステップ１へと戻る（Ｎｏ）。

ステップ４では、電磁開閉弁２４の作動を開始し、配管２６のエア流路を開通させる。
ステップ５では、ポジションセンサ３４から変速状態を読み込む。
ステップ６では、変速状態に基づいて変速が完了したか否か、換言すると、同期機構を構成するシンクロナイザスリーブが被同期側のスプラインに噛み合ったか否かが判定される。そして、変速が完了したならばステップ７へと進み（Ｙｅｓ）、電磁開閉弁２４の作動を停止し、配管２６のエア流路を閉鎖させる。一方、変速が完了していなければステップ５へと戻る（Ｎｏ）。

かかる制御内容によれば、同期機構の被同期側に相当する入力軸（カウンタシャフト）の回転速度Ｎiが、その同期側に相当する出力軸の回転速度Ｎoに略一致したときには、図３に示すように、同期動作の進行に伴って同期側及び被同期側の同調がなされて同期が完了したとみなすことができる。そして、電磁開閉弁２４は変速開始から同期完了まで非作動であるため、配管２６のエア流路は閉塞されており、ダブルチェックバルブ２８の入力ポートには、減圧弁２０により所定圧力に減圧された低圧エアのみが供給される。このため、ギヤシフトユニット１６には、変速開始から同期完了までの過程においては低圧エアが供給されるので、同期機構を構成するシンクロナイザスリーブの移動速度が制限され、ギヤ鳴きなどを防止することができる。なお、図３に示す入力軸及び出力軸の挙動特性は、例えば、１速から２速へのシフトアップ時のものを示す。

一方、同期が完了すると電磁開閉弁２４の作動が開始され、配管２６のエア流路が開通し、ダブルチェックバルブ２８の入力ポートには、減圧弁２０により所定圧力に減圧された低圧エアに加え、エアタンク１８からの高圧エアが直接供給される。そして、ダブルチェックバルブ２８の入出力特性により、入力ポートに夫々供給された低圧エア及び高圧エアのうち、高圧エアが選択的にギヤシフトユニット１６へと供給される。このため、同期完了後には、同図に示すように出力軸の回転速度Ｎoが一瞬上昇するものの、高圧エアによりシンクロナイザスリーブの移動が迅速になされるため、同期完了から変速完了までに要する時間が大幅に短縮される。

その後、変速が完了すると、電磁開閉弁２４の作動が停止される。
従って、同期完了から変速完了までの間に発生する同期側と被同期側との間の回転差が減少し、シンクロナイザスリーブと被同期側のスプラインとの相対位置がずれることに起因する異音，シフトショックなどが効果的に抑制され、シフトフィーリングを向上させることができる。

なお、入力軸（カウンタシャフト）の回転速度Ｎi及び出力軸の回転速度Ｎoによる同期完了判定に代えて、同期機構を構成するシンクロナイザスリーブの中立位置からの変位量を検出する変位センサにより、同期が完了したか否かを判定するようにしてもよい。即ち、同期完了位置直後では、シンクロナイザリングに対するシンクロナイザスリーブの噛み合いが急激に進行するので、シンクロナイザスリーブがこの位置まで移動したときに、同期が完了したと判定することができる。

本発明に係る歯車式変速機の変速装置を備えた車両構成図 制御装置において変速時に実行される制御内容を示すフローチャート 本発明の効果の説明図

符号の説明

１４ 変速機
１６ ギヤシフトユニット
１８ エアタンク
２０ 減圧弁
２２ 配管
２４ 電磁開閉弁
２６ 配管
２８ ダブルチェックバルブ
３０ 入力回転速度センサ
３２ 出力回転速度センサ
３４ ポジションセンサ
３６ 制御装置

Claims (3)

1. 作動流体で作動するアクチュエータにより、同期機構を備えた歯車式変速機を変速させる変速機構と、
   ２つの入力ポートに供給された作動流体供給源の作動流体のうち、高圧の作動流体を前記変速機構に選択的に供給する選択供給手段と、
   前記作動流体供給源と選択供給手段の一方の入力ポートとを連通接続する配管に配設され、該作動流体供給源の作動流体を所定圧力に減圧する減圧手段と、
   前記作動流体供給源と選択供給手段の他方の入力ポートとを連通接続する配管に配設され、該配管内の流路を開閉する流路開閉手段と、
   前記歯車式変速機の変速開始から同期完了までは、前記流路開閉手段により流路を閉じる一方、同期完了から変速完了までは、前記流路開閉手段により流路を開く開閉制御手段と、
   を含んで構成されたことを特徴とする歯車式変速機の変速装置。
2. 前記開閉制御手段は、前記同期機構における同期側及び被同期側の回転速度が略一致したときに同期が完了したとみなして、前記流路開閉手段により流路を開くことを特徴とする請求項１記載の歯車式変速機の変速装置。
3. 前記開閉制御手段は、前記同期機構を構成するシンクロナイザスリーブの中立位置からの変位量が所定値になったときに同期が完了したとみなして、前記流路開閉手段により流路を開くことを特徴とする請求項１記載の歯車式変速機の変速装置。

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