JP4616625B2

JP4616625B2 - 自動変速制御装置

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Publication number: JP4616625B2
Application number: JP2004345937A
Authority: JP
Inventors: 剛枝宮崎
Original assignee: Aisin AI Co Ltd
Current assignee: Aisin AI Co Ltd
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2024-11-30
Also published as: EP1662184A3; EP1662184B1; JP2006153173A; US20060112777A1; EP1662184A2; US7308837B2

Description

本発明は、車両の自動変速機の自動変速制御装置に関し、より詳細には前進走行中に後進変速段への切替動作を禁止する自動変速制御装置に関する。

エンジン、モータなどにより駆動される車両は、道路状況に応じた速度、駆動力を得るために変速機を備えている。変速機には、一般的に無段変速機、オートマチックトランスミッション、マニュアルトランスミッションがある。一般的なマニュアルトランスミッションは、エンジンなどの入力回転を伝達する入力軸と、車輪に向けて出力回転を伝達する出力軸と、入力軸上に配設固定された複数の駆動ギヤと、この駆動ギヤと常時噛み合うとともに出力軸上に遊転可能に配設された複数の遊転ギヤと、出力軸と一体に回転するハブの外周にスプライン嵌合して軸方向に移動するスリーブと、運転者の操作によりスリーブが移動して所望の遊転ギヤと同期しつつ係合することにより所望の変速段を達成するシンクロメッシュ機構と、を備えている。

従来のマニュアルトランスミッションでは、変速に際して運転者はクラッチの断続操作とともにシフト操作も行う必要があった。シフト操作では、運転者がシフトレバーを操作することにより、スリーブを移動させて所望の変速段を選択、係合していた。近年では、運転者の操作の負担を軽減するため、例えば特許文献１に開示されるように基本的な構造はマニュアルトランスミッションとしながらも、油圧あるいはモータなどを駆動源とするアクチュエータによりシフト操作を行う自動変速機が用いられるようになってきている。自動変速機では、アクチュエータを制御する自動変速制御装置により、完全な自動変速を達成でき、また運転者の意思に基づいた半自動変速も可能である。

ところで、マニュアルトランスミッションを基本的な構造とする自動変速機では、後進変速段にはシンクロメッシュ機構を備えていない場合が多い。前進走行中、特に高車速走行中に運転者の誤操作によって変速機が後進へ切替動作されると、車両の挙動が急変して非常に危険な状態に陥る。この対策として、出力軸や車輪などに設けられた車速センサにより前進走行を検知し、あるいはブレーキが踏まれていないことを検知し、後進への切替動作を禁止していた。
特開２００３−６５４３４号公報

しかしながら、車速センサは検出性能が十分でなく、低車速での前進を検知することが困難であった。たとえ低車速であっても前進中に後進への切替動作が行われることは、安全上問題である。また、後進用ギヤをはじめとして変速機各部が大きなダメージを負う危険性が生じる。このダメージに耐えられるように変速機を機械的に強化する対策、あるいは後進変速段にもシンクロメッシュ機構を付加する対策は、いずれも車両の製作コストを増大させるため好ましくない。

本発明は、上記背景に鑑みてなされたものであり、車両の製作コストを増大させることなく、従来よりも低車速まで後進への切替動作を禁止することにより、より高い安全性で走行でき、変速機のダメージも軽減できる、自動変速制御装置を提供する。

本発明の自動変速制御装置は、駆動源の駆動力を断続するクラッチと、該クラッチの出力側と一体的に回転して入力回転を伝達する入力軸と、出力回転を伝達する出力軸と、変速動作の始めは摩擦係合して同期した後に変速ギヤが噛み合い所定の変速比を達成するシンクロメッシュ機構をもつ複数の前進変速段と、後進用ギヤをもつ後進変速段と、を有する変速機と、該入力軸の回転数を検出する入力軸回転数センサと、該入力軸回転数センサの検出結果を取り込み、該クラッチの断続及び該変速機の係合動作を制御する制御手段と、を備えた自動変速機の自動変速制御装置であって、該後進変速段が選択されたときに該クラッチを切りいずれかの該前進変速段の該シンクロメッシュ機構を一時的に摩擦係合させて該出力軸から該入力軸を駆動する暫定係合を行う暫定係合手段と、該暫定係合時に該入力軸回転数センサの検出結果から求めた車速が規定値を超過している場合には、該後進変速段への切替動作を禁止する後進判定手段と、を備え、該暫定係合手段は、該後進判定手段により該後進変速段への切替動作が禁止されている間、該暫定係合を繰り返して行う、ことを特徴とする。

本発明の自動変速制御装置は、暫定係合手段と後進判定手段とを備えることにより、前進走行中に誤って後進変速段への切替動作が行われないように自動変速機を制御することを主眼としている。

クラッチは、エンジンなどの駆動源と変速機の間に配設されて駆動力の伝達を断続するものである。クラッチには、例えば２枚の対向するクラッチディスクが摩擦力によって係合することにより駆動力が伝達され、ディスクが開離することにより駆動力が遮断される摩擦クラッチを用いることができる。この係合及び開離の動作は、通常制御手段からの制御に基づいて行われている。本発明に用いられるクラッチは、開離状態において出力側が拘束されずに自由に回転し得る構造であれば、摩擦式や電磁式などの方式や、ディスク枚数などの構造には制約されない。

変速機は、入力軸と、出力軸と、複数の前進変速段と、後進変速段と、を有している。入力軸は、クラッチの出力側と一体的に回転し、駆動力である入力回転を変速機内に伝達している。出力軸は、出力回転を変速機から車輪に向けて伝達している。複数の前進変速段は、それぞれ入力軸と出力軸にシンクロメッシュ機構用のギヤを備えている。そして、いずれかの変速段が選択されると、選択された変速段のシンクロメッシュ機構のギヤが始めは摩擦係合して入力軸と出力軸の回転数が近づき、同期した後にギヤが噛み合って所定の変速比が達成されるようになっている。新たに別の前進変速段が選択されると、別の変速段のシンクロメッシュ機構が係合動作して、新たな別の変速比が達成される。後進用変速段はシンクロメッシュ機構をもたない。後進用変速段が選択されると、後進用ギヤが入力軸と出力軸のギヤの間に挿入されて噛合し、出力軸の回転方向が逆になって、後進が達成される。

シンクロメッシュ機構及びこれを駆動するアクチュエータの方式には各種あり、本発明では次の２つの条件を満たすものであればよい。第１は、まず摩擦係合し、同期した後に噛み合う、という二段階を経て係合動作が完了する方式であること、第２は、制御手段が係合動作を途中で任意に中断して係合動作開始前の状態に戻れるようになっていることである。なお、入力軸と出力軸のギヤを直接噛合させずに、第３のカウンター軸を設けて経由するようにしてもよい。

入力軸回転数センサは、入力軸に近接して配設され、入力軸の回転数を検出して検出結果を制御手段に伝達するようになっている。入力軸回転数センサの方式に限定はないが、低車速すなわち低回転数を検出できるものが好ましい。

制御手段は、クラッチの断続及び変速機の変速動作を制御するものであり、一般的な電子制御装置（ＥＣＵ）を適用することができる。電子制御装置には、各種センサの検出結果を取り込む入力部や、各種アクチュエータを駆動する出力部や、演算判定部、記憶部などを備えるマイクロコンピュータが用いられ、制御はソフトウェアにより実現されている。後述の暫定係合手段及び後進判定手段も、このソフトウェアに新たな機能を追加することで実現できる。

暫定係合手段は、クラッチを切り、いずれかの前進変速段のシンクロメッシュ機構を一時的に摩擦係合させることにより、出力軸から入力軸を駆動する手段である。クラッチを切った状態では入力軸は駆動源からは拘束されていない。一方、出力軸は慣性で走行している車両の速度に見合った回転数で回転している。このとき、いずれかの前進変速段のシンクロメッシュ機構を一時的に摩擦係合させると、出力軸の回転が入力軸に伝達され、両者はほぼ同期した状態となる。この状態を、暫定係合と呼ぶことにする。暫定係合では、ギヤを噛み合わせずに摩擦係合のみとしており、正規の係合よりも短時間で開離できるようになっている。なお、暫定係合手段は制御の手段であり、電子制御装置のソフトウェアで実現することができる。

後進判定手段は、シンクロメッシュ機構が一時的に摩擦係合している暫定係合状態で入力軸回転数センサの検出結果から車速を求め、該車速が規定値を超過している場合には、後進変速段への切替動作を禁止するようになっている。暫定係合状態では、入力軸は暫定係合している前進変速段の変速比に基づいて車速に比例した回転数を有している。このため、入力軸の回転数から車速を計算することができ、車速が一定の規定値を超過している前進走行中の状態では、後進変速段への切替動作を禁止するようにしている。なお、後進判定手段も制御の手段であり、電子制御装置のソフトウェアで実現することができる。

さらに、前記暫定係合手段は、前記後進判定手段により前記後進変速段への切替動作が禁止されている間、前記暫定係合を繰り返して行う。後進判定手段が、前進走行中と判定して後進変速段への切替動作を禁止したときには、車速の低下を待つ必要がある。このとき、暫定係合による摩擦係合を継続していると、シンクロメッシュ機構の損耗が著しくなる。したがって、一旦暫定係合を中断して開離し、時間をおいて再度暫定係合させ、これを繰り返すことが好ましい。これにより、前進速度の低下を遅滞なく検出でき、後進変速段への切替動作もすぐに行うことができる。また、シンクロメッシュ機構の損耗も低減できる。

前記暫定係合手段は、前記後進判定手段により前記後進変速段への切替動作が禁止されている間、前記暫定係合を繰り返して行うようにしてもよい。後進判定手段が、前進走行中と判定して後進変速段への切替動作を禁止したときには、車速の低下を待つ必要がある。このとき、暫定係合による摩擦係合を継続していると、シンクロメッシュ機構の損耗が著しくなる。したがって、一旦暫定係合を中断して開離し、時間をおいて再度暫定係合させ、これを繰り返すことが好ましい。これにより、前進速度の低下を遅滞なく検出でき、後進変速段への切替動作もすぐに行うことができる。また、シンクロメッシュ機構の損耗も低減できる。

前記後進判定手段は、前記後進変速段が選択されたときに、車速センサで検出している車速と該車速センサの検出下限とを比較し、該車速が該検出下限よりも大きい場合には該後進変速段への切替動作を禁止し、該車速が該検出下限よりも小さい場合には前記暫定係合手段を動作させることが好ましい。検出下限の劣る車速センサで前進走行中と判定できるときには、あらためて暫定係合するまでもなく、後進変速段への切替動作を禁止することが好ましい。

本発明の自動変速制御装置は、暫定係合手段と後進判定手段とを備え、後進変速段が選択されたときにクラッチを切り、第１速変速段のシンクロメッシュ機構を暫定係合させて出力軸から入力軸を駆動し、入力軸回転数センサの検出結果から求めた車速が規定値を超過している場合には、後進変速段への切替動作を禁止するようにしている。これにより、従来よりも低車速まで後進への切替動作を禁止することができ、より高い安全性で走行でき、変速機のダメージも軽減できる。さらに、暫定係合手段は、車速が規定値を超過している間、暫定係合を繰り返して行うので、前進速度の低下を遅滞なく検出して後進変速段への切替動作をすぐに行うことができ、シンクロメッシュ機構の損耗も低減できる。また、暫定係合手段及び後進判定手段は、従来の電子制御装置のソフトウェアに新たな機能を追加することで実現できるため、車両の製作コストを増大させることはない。

本発明を実施するための最良の形態を、図１〜図３を参考にして説明する。まず、図１の本発明の実施例の自動変速制御装置の説明図を参考にして、装置構成を説明する。実施例の自動変速制御装置は、クラッチ１０と、変速機２０と、入力軸回転数センサ４０と、制御手段に相当する電子制御装置５０と、を備えた自動変速機において、暫定係合手段６０及び後進判定手段７０を電子制御装置５０のソフトウェアで実現することにより備えている。

クラッチ１０は、図略のエンジンの駆動力を変速機２０に伝達あるいは遮断するものである。クラッチ１０は摩擦クラッチであり、クラッチディスク１１が摩擦力によって係合することにより駆動力が伝達され、ディスク１１が開離することにより駆動力が遮断される。クラッチ１０の出力側は、変速機２０の入力軸に結合され、開離状態では拘束されずに自由に回転し得るようになっている。クラッチ１０の係合及び開離の動作は、電子制御装置５０に制御される図略のクラッチ用アクチュエータにより駆動されている。

変速機２０は、入力軸２１と、カウンター軸２３と、出力軸２７と、各変速段のギヤやシンクロメッシュ機構２９などを備えている。

入力軸２１は、クラッチ１０の出力側と結合して一体的に回転するようになっている。また入力軸２１に設けられている入力ギヤ２２は、カウンター軸２３に設けられているカウンターギヤ２４と噛合して、駆動力である入力回転をカウンター軸２３に伝達している。カウンター軸２３は、第１速駆動ギヤ２５と、第２速以降の前進変速段の駆動ギヤと、後進駆動ギヤ２６と、を備えている。出力軸２７は、遊転可能な第１速遊転ギヤ２８と、第２速以降の前進変速段の遊転ギヤとを備えている。以降は、前進変速段のうち第１速を代表として説明し、第２速以降の同様の説明は省略する。

出力軸２７には、第１速遊転ギヤ２８と係合可能な第１速用のシンクロメッシュ機構２９が設けられている。シンクロメッシュ機構２９は、第１速遊転ギヤ２８に設けられたテーパ状のコーン部３０と、出力軸２７と共に回転しつつコーン部３０と内面で摩擦係合するシンクロナイザリング３１と、軸方向にスライドしてシンクロナイザリング３１を押圧するスリーブ３２と、により構成されている。スリーブ３２は、さらにスライドして、第１速遊転ギヤ２８及びシンクロナイザリング３１と噛み合い。三者が一体的に回転することで第１速が達成されるようになっている。スリーブ３２は、アクチュエータ３３により、シフトフォーク軸３４などの駆動力伝達部材を介して、駆動されている。アクチュエータ３３は、電子制御装置５０から制御されている。

また、出力軸２７には、後進被動ギヤ３５が固設されている。そして、後進被動ギヤ３５とカウンター軸２３の後進駆動ギヤ２６との間に、後進中間ギヤ３６が挿入されることにより、後進が達成されるようになっている。後進中間ギヤ３６の動作は、電子制御装置５０に制御される後進用アクチュエータ３７により駆動されている。

電子制御装置５０は、運転者の操作や各種センサの検出結果に基づいて、各種アクチュエータを制御して、変速動作を行うものである。電子制御装置５０には、マイクロコンピュータ及び付随する周辺装置が用いられている。電子制御装置５０はまた、図略のエンジン制御装置と情報を交換しあい、安全に走行できかつ快適な乗り心地となるように制御を行っている。

各種センサとしては、入力軸２１の近傍に配設される入力軸回転数センサ５１と、出力軸２７の近傍に配設されて出力軸２７の回転数から車速を検出する車速センサ５２と、シフトフォーク軸３４の近傍に配設されてスリーブ３２のスライド位置からシンクロメッシュ機構２９の摩擦係合を検出するストロークセンサ５３と、がある。電子制御装置５０は、これらのセンサ５１、５２、５３の電気出力を取り込み、所定の演算を行って物理的に意味のある検出結果を得ている。アクチュエータとしては、クラッチ用アクチュエータと、前進変速段のシンクロメッシュ機構のアクチュエータ３３と、後進用アクチュエータ３７と、がある。電子制御装置５０は、これらのアクチュエータ３３、３７に制御信号を送り、動作させるようにしている。

暫定係合手段６０は、電子制御装置５０のソフトウェアで実現されている。すなわち、電子制御装置５０は、クラッチ１０を切り、アクチュエータ３３を介してスリーブ３２を駆動し、シンクロメッシュ機構２９を動作させ、ストロークセンサ５３がシンクロメッシュ機構２９の摩擦係合状態を検出した時点でスリーブ３２の駆動を中断する、という一連の制御を行っている。この一連の制御により、出力軸２７の回転が入力軸２１に伝達され、両者はほぼ同期して回転する暫定係合状態となる。

後進判定手段７０もまた、電子制御装置５０のソフトウェアで実現されている。すなわち、電子制御装置５０は、運転者が後進変速段を選択する操作を行ったとき、暫定係合状態をつくりだして入力軸回転数センサ５１の電気出力を取り込み、所定の演算を行って車速を求めている。そして、車速があらかじめ定めておいた規定値を超過しているときには、後進用アクチュエータ３７の制御を行わない、すなわち後進を禁止するようにしている。この制御により、後進判定手段７０が実現されている。

次に、上述のように構成された本発明の実施例の自動変速制御装置の動作について、図２の動作フローチャートを参考に説明する。なお、以下の説明中の括弧付き番号は、図２の処理内容の番号と対応している。

運転者が後進変速段を選択操作すると、本発明の自動変速制御装置は動作を開始する (1)。最初に電子制御装置５０は、車速センサ５２の検出結果を取り込み、検出された車速が車速センサ５２の検出下限以下か判定する (2)。車速が検出下限より大きければ、前進走行中であることが明白であるため後進を禁止し、一定時間経ってから再度、車速センサ５２の検出結果を取り込みにいくようにしている (3)。車速が検出下限以下であれば、クラッチ１０を切る (4)。

次に、アクチュエータ３３を制御してスリーブ３２を途中まで駆動し、第１速変速段のシンクロメッシュ機構２９を暫定係合させる (5)。暫定係合により入力軸の回転数が出力軸とほぼ同期した時点で、入力軸回転数センサ５１の検出結果を取り込み、検出された車速が規定値以下か判定する (6)。車速が規定値を越えていれば、前進走行中と判定できるため後進を禁止し、一定時間経ってから再度、暫定係合を行うようにしている (7)。車速が規定値以下であれば、ほぼ停止していると判定できるため、後進変速段への切替動作を行う(8)。

図３は、第１速変速段が噛合して徐々に減速している時刻Ｔ１において、運転者が後進用変速段を選択操作したときの動作タイミングチャートの例を示している。（ａ）は出力軸回転数Ｒｏを、（ｂ）は入力軸回転数Ｒｉを、（ｃ）は変速段の噛合及び開離状態を、それぞれ示している。横軸は共通の時間軸ｔである。また、入力軸回転数Ｒｉは、第１速の変速比に相当する比率で出力軸回転数Ｒｏよりも大きくなっている。

時刻Ｔ１における後進用変速段の選択操作により、第１速変速段は開離し、クラッチ１０は切れる。そして、（ｂ）に示されるように時刻Ｔ２で入力軸は拘束を解かれ入力軸回転数Ｒｉは急速に減少する。一方、出力軸回転数Ｒｏは、（ａ）に示されるように慣性走行する車速に比例して徐々に減少し、時刻Ｔ３で車速センサ５３の検出下限Ｌ１に達する。したがって、時刻Ｔ３までの間は、従来と同様に車速センサ５３の検出結果で前進走行が判定され、後進は禁止されている。

時刻Ｔ３で、電子制御装置５０は暫定係合手段６０として機能し、（ｃ）に示されるように第１速変速段のシンクロメッシュ機構２９を暫定係合範囲まで係合させる。すると、入力軸２１は出力軸２７からカウンター軸２３を経由して駆動され、時刻Ｔ４で入力軸２１と出力軸２７はほぼ同期する。このとき、電子制御装置５０は後進判定手段７０として機能し、入力軸回転数センサ５１の検出した入力軸回転数Ｒｉが規定値Ｌ２よりも大きいことから、後進を禁止する。同様に暫定係合が繰り返されて、時刻Ｔ５でも後進は禁止される。

次の暫定係合の時刻Ｔ６では、入力軸回転数Ｒｉが規定値Ｌ２よりも小さいことから、後進変速段への切替動作が許される。すると、電子制御装置５０は時刻Ｔ７で後進用アクチュエータ３７を制御して後進中間ギヤ３６を駆動し、後進駆動ギヤ２６と後進被動ギヤ３５との間に挿入する。そして、時刻Ｔ８で、クラッチ１０が入ると、駆動力が入力軸２１からカウンター軸２３、後進用ギヤ２６、３６、３５を経て出力軸２７に伝達され、後進走行する。

上述のように、従来は時刻Ｔ３の前進走行状態で後進変速段への切替操作が行われ、後進中間ギヤ３６が後進駆動ギヤ２６と後進被動ギヤ３５との間に強引に挿入されていた。したがって、前進走行からいきなり後進に切り替わることで、危険かつ不安定な走行となるおそれがあった。また、これらの後進用ギヤ３６、２６、３５には大きなストレスが加わり、ダメージの生じるおそれがあった。これに対して、本発明の自動変速制御装置は、時刻Ｔ６のほぼ停止した状態で後進変速段への切替操作を行う。このため、従来よりも高い安全性で走行でき、変速機のダメージも軽減できる。

本発明の自動変速制御装置は、マニュアルトランスミッションの自動変速機を備える車両一般に、広く適用できる。

本発明の実施例の自動変速制御装置の説明図である。図１の実施例における動作フローチャートである。図１の実施例における動作タイミングチャートである。

符号の説明

１０：クラッチ１１：クラッチディスク
２０：変速機
２１：入力軸２２：入力ギヤ２３：カウンター軸
２４：カウンターギヤ２５：第１速駆動ギヤ２６：後進駆動ギヤ
２７：出力軸２８：第１速遊転ギヤ
２９：シンクロメッシュ機構３０：コーン部
３１：シンクロナイザリング３２：スリーブ３３：アクチュエータ
３４：シフトフォーク軸３５：後進被動ギヤ３６：後進中間ギヤ
３７：後進用アクチュエータ
５０：電子制御装置
５１；入力軸回転数センサ５２：車速センサ５３：ストロークセンサ
６０：暫定係合手段
７０：後進判定手段

Claims

駆動源の駆動力を断続するクラッチと、
該クラッチの出力側と一体的に回転して入力回転を伝達する入力軸と、出力回転を伝達する出力軸と、変速動作の始めは摩擦係合して同期した後に変速ギヤが噛み合い所定の変速比を達成するシンクロメッシュ機構をもつ複数の前進変速段と、後進用ギヤをもつ後進変速段と、を有する変速機と、
該入力軸の回転数を検出する入力軸回転数センサと、
該入力軸回転数センサの検出結果を取り込み、該クラッチの断続及び該変速機の係合動作を制御する制御手段と、
を備えた自動変速機の自動変速制御装置であって、
該後進変速段が選択されたときに該クラッチを切りいずれかの該前進変速段の該シンクロメッシュ機構を一時的に摩擦係合させて該出力軸から該入力軸を駆動する暫定係合を行う暫定係合手段と、
該暫定係合時に該入力軸回転数センサの検出結果から求めた車速が規定値を超過している場合には、該後進変速段への切替動作を禁止する後進判定手段と、を備え、
該暫定係合手段は、該後進判定手段により該後進変速段への切替動作が禁止されている間、該暫定係合を繰り返して行う、ことを特徴とする自動変速制御装置。
前記暫定係合手段は、前記後進変速段が選択されたときに、第１速変速段の前記シンクロメッシュ機構を前記暫定係合させる請求項１に記載の自動変速制御装置。
前記後進判定手段は、前記後進変速段が選択されたときに、車速センサで検出している車速と該車速センサの検出下限とを比較し、該車速が該検出下限よりも大きい場合には該後進変速段への切替動作を禁止し、該車速が該検出下限よりも小さい場合には前記暫定係合手段を動作させる請求項１または２に記載の自動変速制御装置。