JP4634724B2

JP4634724B2 - 自動変速装置

Info

Publication number: JP4634724B2
Application number: JP2004034760A
Authority: JP
Inventors: 臣宏石田; 勲岡本; 哲久林; 正臣工藤; 晋小松崎
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2004-02-12
Filing date: 2004-02-12
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2024-02-12
Also published as: JP2005226700A

Description

この発明は、車両に搭載される自動変速装置に関するものである。

車両の自動変速装置として従来から、歯車式のトランスミッションのギヤシフト機構を駆動するギヤシフトアクチュエータと、機械的なクラッチを断続するクラッチアクチュエータと、人為操作に基づく変速指示信号（シフトアップ信号，シフトダウン信号、ニュートラル信号，など）が発生すると、トランスミッションをその変速指示信号に応じた目標位置へシフト操作するべくこれらアクチュエータを制御するコントロールユニットと、を備えるものが開示される（特許文献１参照）。

このような自動変速装置においても、主変速機に副変速機を組み合わせる多段トランスミッションの適用が拡大しつつある。副変速機としては、主変速機の入力側に配置されるフロントスプリット方式のほか、主変速機の出力側に配置されるレンジ切り替え方式があり、これらの併用により効率よく多段化したトランスミッションの搭載例もよく見られる。
実開平６−８８２５号

特許文献１に開示のような自動変速装置においては、人為操作に基づく変速指示または運転状態に基づく変速指示に応じた目標段がトランスミッションの現在段と一致しないときに変速指令を発生する手段が備えられ、変速指令が発生すると、エンジントルクを無負荷状態に絞る処理，エンジンが無負荷位置に達するとクラッチの切断する処理，クラッチの切断後にトランスミッションのギヤ抜きを行う処理，目標段のギヤ回転速度が同期領域に入るとトランスミッションのギヤ入れを行う処理，ギヤ入れの完了後にクラッチを接続するとともにエンジントルクをアクセルペダルの踏角に応じたエンジントルクに復帰させる処理，が順次に制御されるのである。このため、変速時間（一連の変速操作に要する時間）が長く、走行状態（登坂走行など）によっては、エンジン回転の失速（エンストなど）を生じかねない。

主変速機にレンジ切り替え方式の副変速機を組み合わせる歯車式のトランスミッションを備える自動変速装置においては、レンジ切り替え方式の副変速機が大減速比型のため、副変速機の切り替えを伴う変速指令が発生すると、クラッチの切断後に主変速機のギヤ抜きを行う処理の完了後に副変速機の切り替えを処理されるため、さらに変速時間が延びる傾向にある。

この発明は、このような課題の対処に有効な手段の提供を目的とする。

第１の発明は、エンジンと歯車式のトランスミッションとの間に機械的なクラッチを介装する自動変速装置において、人為操作に基づく変速指示または運転状態に基づく変速指示に応じた目標段がトランスミッションの現在段と一致しないときに変速指令を発生する手段、変速指令が発生すると、エンジントルクを無負荷状態に絞る処理，エンジンが無負荷位置に達するとクラッチの切断する処理，クラッチの切断後にトランスミッションのギヤ抜きを行う処理，目標段のギヤ回転速度が同期領域に入るとトランスミッションのギヤ入れを行う処理，ギヤ入れの完了後にクラッチを接続するとともにエンジントルクをアクセルペダルの踏角に応じたエンジントルクに復帰させる処理，を順次に制御する手段、エンジン回転速度から検出されるエンジン回転加速度または車速から検出される車両加速度が所定値以上のときに変速指令が発生すると、前記の制御手段におけるクラッチの切断処理と同時にトランスミッションのギヤ抜き処理を起動させる手段、を備えることを特徴とする。

第２の発明は、エンジンと歯車式のトランスミッションとの間に機械的なクラッチを介装する自動変速装置において、人為操作に基づく変速指示または運転状態に基づく変速指示に応じた目標段がトランスミッションの現在段と一致しないときに変速指令を発生する手段、変速指令が発生すると、エンジントルクを無負荷状態に絞る処理，エンジンが無負荷位置に達するとクラッチの切断する処理，クラッチの切断後にトランスミッションのギヤ抜きを行う処理，目標段のギヤ回転速度が同期領域に入るとトランスミッションのギヤ入れを行う処理，ギヤ入れの完了後にクラッチを接続するとともにエンジントルクをアクセルペダルの踏角に応じたエンジントルクに復帰させる処理，を順次に制御する手段、アクセル開度が所定値以上、かつ、エンジン回転速度から検出されるエンジン回転加速度または車速から検出される車両加速度が所定値以上、のときに変速指令が発生すると、前記制御におけるクラッチの切断処理と同時にトランスミッションのギヤ抜き処理を起動させる手段、を備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、エンジン回転加速度または車両加速度が所定値以上のときに変速指令が発生すると、クラッチの切断処理と同時にトランスミッションのギヤ抜き処理が行われる。トランスミッションのギヤ抜き処理は、通常の場合、エンジントルクが無負荷状態に絞られ、クラッチが切断されると行われるが、これをエンジン回転加速度または車両加速度が所定値以上のときに変速指令が発生する場合については、クラッチの切断が完了するのを待つのでなく、エンジントルクを絞る処理に合わせて早めることにより、ギヤ抜き処理の後に続く処理も早まるため、変速時間の短縮が有効に図れるのである。エンジン回転加速度または車両加速度が所定値以上のときに変速指令が発生する場合においては、回転加速度または車両加速度がエンジンの絞りに伴って正（車輪回転の加速方向）から負（車輪回転の減速方向）へ変化する過程があり、正の加速域と負の加速域との間に加速度の緩む（フローティング）状態が生じるものと考えられる。このフローティング状態において、トランスミッションのギヤ抜きを行うことにより、メインシャフトからこれに係合するメインギヤを抵抗なく円滑にニュートラルへ抜くことができる。

第２の発明によれば、エンジン回転加速度または車両加速度が所定値以上かつアクセル開度が所定値以上のときに変速指令が発生すると、トランスミッションのギヤ抜きが早く行われることになり、変速時間の短縮が有効に図れる。ギヤ抜きを早く行う運転条件については、エンジン回転加速度または車両加速度が所定値以上かつアクセル開度が所定値以上に特定されるので、変速制御において、エンジントルクを無負荷状態へ絞る過程から生じるフローティング状態にトランスミッションのギヤ抜き処理を適確なタイミングに合わせやすくなる。

図１において、１はエンジン（ディーゼルエンジン）、２は摩擦クラッチ、３は同期噛合式トランスミッションであり、トランスミッション３の出力軸はプロペラシャフト（図示せず）を介して駆動軸（たとえば、リヤアクスル）に連結される。燃料噴射ポンプにその燃料噴射量（ラック位置）を制御する電子ガバナ装置１Ａ、クラッチ２にその断続を操作するクラッチブースタ２Ａ、トランスミッション３にこれをギヤシフトさせるギヤシフトユニット３Ａ、が設けられる。２７はクラッチブースタ２Ａの制御バルブ、３１はエアタンクであり、ギヤシフトユニット３Ａおよびクラッチブースタ２Ａへの作動圧（圧縮空気）を供給する。

トランスミッション３は、図２,図３のように主変速機３３のメインギヤ列Ｚｍ１−Ｚｃ１〜Ｚｍ４−Ｚｃ４，ＺｍＲ−ＺｃＲ（前進４速後退１速）、その前側に配置される副変速機３４のスプリットギヤ列Ｚｍ４−Ｚｃ４，Ｚｍ５−Ｚｃ５（Ｌ，Ｈ）、同じく後側に配置される副変速機３５のレンジギヤ列Ｚｒ１−Ｚｃｒ１，Ｚｒ２−Ｚｃｒ２（Ｈ，Ｌ）、を備えるものであり、メインギヤ列Ｚｍ１−Ｚｃ１〜Ｚｍ４−Ｚｃ４の切り替えと、スプリットギヤ列Ｚｍ４−Ｚｃ４，Ｚｍ５−Ｚｃ５の切り替えと、さらにレンジギヤ列Ｚｒ１−Ｚｃｒ１，Ｚｒ２−Ｚｃｒ２の切り替えと、により前進１２段（１Ｌ〜６Ｈ）に変速可能に構成される。３６はメインカウンタシャフト、３７はレンジカウンタシャフトである。

車両の変速制御に必要な検出手段として、エンジン回転数を検出するエンジン回転センサ２９、アクセルペダル７の踏み量（アクセル開度の要求量）を検出するアクセル開度センサ２８、クラッチ２のストローク位置を検出するクラッチストロークセンサ２２、トランスミッション３のシフト位置（スプリットギヤ列Ｚｍ４−Ｚｃ４，Ｚｍ５−Ｚｃ５の選択位置，メインギヤ列Ｚｍ１−Ｚｃ１〜Ｚｍ４−Ｚｃ４，ＺｍＲ−ＺｃＲの選択位置，レンジギヤ列Ｚｒ１−Ｚｃｒ１，Ｚｒ２−Ｚｃｒ２の選択位置）を検出するギヤポジションスイッチ（ギヤシフトユニット３Ａに内蔵される）、トランスミッション３の出力軸に連結するプロペラシャフト回転数を検出する車速センサ２１、トランスミッション３のメインギヤＺｍ１の回転数を検出するメインギヤ回転センサ２３、トランスミッション３のレンジギヤＺｒ１の回転数を検出するレンジギヤ回転センサ１７、が備えられる。

クラッチ２の自動制御と運転者のマニュアル操作に基づく手動制御を切り替えるため、クラッチペダルの初期位置（解放状態）と作動位置（踏込状態）を検出するクラッチペダルスイッチ２４，２５が設けられる。トランスミッション３の変速指示手段として運転室にシフトレバーユニット４が備えられ、シフトレバー４Ａのシフト位置に応じた変速指示信号（シフトアップ信号，シフトダウン信号，ニュートラル信号，リバース信号，現在段を保持するためのホールド信号）を出力する。また、車両の変速操作が運転者の変速指示に応じて行われるマニュアル変速モードと、運転状態に応じて自動的に行われるオート変速モードと、を選択するためのスイッチ５（モード選択スイッチ）がシフトレバー４Ａの握り部（ノブ）に設けられる。運転室には、トランスミッション３のシフト位置などを表示するディスプレイユニット１３と、ブレーキペダル（図示せず）の踏込みを検出するブレーキペダルスイッチ２６と、が備えられる。１３Ａは警報手段（たとえば、ブザー）である。

変速制御を司るのがトランスミッション(T/M)コントロールユニット１１およびエンジンコントロールユニット１２であり、これらの間は双方向の通信回線（ＬＡＮ）で結ばれ、互いの制御に必要な情報を交換しえるようになっている。T/Mコントロールユニット１１において、モード選択スイッチ５がマニュアル変速モードのときは、シフトレバーユニット４の変速指示信号がトランスミッション３のギヤポジションスイッチに基づくシフト位置と一致しないときに変速指示信号に対応する目標位置へのシフト要求（変速指令）を発生する。モード選択スイッチ５がオート変速モードのときは、アクセル開度センサ２８の検出信号および車速センサ２１の検出信号から変速マップに基づいて目標段を求め、この目標段がトランスミッション３のギヤポジションスイッチに基づくシフト位置と一致しないときに目標段へのシフト要求（変速指令）を発生する。

これらシフト要求の発生により変速制御が起動され、T/Mコントロールユニット１１およびエンジンコントロールユニット１２において、そのときの目標位置へのギヤシフトを円滑に遂行すべく、電子ガバナ装置１Ａとクラッチブースタ２Ａとギヤシフトユニット３Ａと、を制御する。図２において、スプリットギヤ列Ｚｍ４−Ｚｃ４，Ｚｍ５−Ｚｃ５は、トランスミッション３が１段毎に変速する都度、ＬからＨまたはＨからＬに切り替わる一方、レンジギヤ列Ｚｒ１−Ｚｃｒ１,Ｚｒ２−Ｚｃｒ２は、トランスミッション３が１Ｌ〜２Ｈから３Ｌ〜６Ｈまたはその逆方向へ変速するときにのみ、ＬからＨまたはＨからＬに切り替わるのである。

図４は、変速制御を説明するフローチャートであり、S1においては、シフトレバーユニットの変速指示信号に基づく目標段または変速マップに基づく運転状態に応じた目標段がトランスミッション３の現在段と一致しないときに変速指令（シフト要求）を発生する。S2においては、アクセル開度センサ２８の検出値（アクセル開度）が所定値α以上かどうかを判定する。S3においては、エンジン回転センサ２９の検出値から求められるエンジン回転加速度が所定値β以上かどうかを判定する。S2の判定がyesかつS3の判定がyesのときは、S4へ進み、許可フラグ＝１にセットする一方、S2の判定がnoまたはS3の判定がnoのときは、S5において、許可フラグ＝０にリセットする。

S6においては、エンジントルク（燃料噴射ポンプのラック位置）を無負荷状態（ノーロードトルク位置）へ絞る。S7においては、エンジントルクが無負荷状態に達したかどうかを判定する。S7の判定がyesのときは、S8へ進む一方、S7の判定がnoのときは、S6へ戻る。S8においては、許可フラグ＝１かどうかを判定する。S8の判定がyesのときは、S9へ進む一方、S8の判定がnoのときは、S12へ進む。

S9においては、クラッチ２を断方向へ駆動すると同時にメインギヤ列Ｚｍ１−Ｚｃ１〜Ｚｍ４−Ｚｃ４のギヤ抜き（ニュートラルセット）およびスプリットギヤ列Ｚｍ４−Ｚｃ４，Ｚｍ５−Ｚｃ５の切り替えを行う。S10においては、クラッチ２の切断が完了かどうか、メインギヤ列Ｚｍ１−Ｚｃ１〜Ｚｍ４−Ｚｃ４のギヤ抜きおよびスプリットギヤ列Ｚｍ４−Ｚｃ４，Ｚｍ５−Ｚｃ５の切り替えが完了かどうか、を判定する。S10の判定がyesのときは、S11において、以後の処理を実行する一方、S10の判定がnoのときは、S9へ戻る。

S12においては、クラッチ２を断方向へ駆動する。S13においては、クラッチ２の切断が完了かどうかを判定する。S13の判定がyesのときは、S14へ進む一方、S13の判定がnoのときは、S12へ戻る。S14においては、メインギヤ列Ｚｍ１−Ｚｃ１〜Ｚｍ４−Ｚｃ４のギヤ抜き（ニュートラルセット）およびスプリットギヤ列Ｚｍ４−Ｚｃ４，Ｚｍ５−Ｚｃ５の切り替えを行う。S15においては、メインギヤ列Ｚｍ１−Ｚｃ１〜Ｚｍ４−Ｚｃ４のギヤ抜きおよびスプリットギヤ列Ｚｍ４−Ｚｃ４，Ｚｍ５−Ｚｃ５の切り替えが完了かどうか、を判定する。S15の判定がyesのときは、S11において、以後の処理を実行する一方、S15の判定がnoのときは、S14へ戻るのである。

S11において、レンジギヤ列Ｚｒ１−Ｚｃｒ１,Ｚｒ２−Ｚｃｒ２の切り替えを伴わない変速制御については、変速指令の目標段に対応するメインギヤＺｍ１〜Ｚｍ４がシンクロ領域に入ると、メインギヤ列Ｚｍ１−Ｚｃ１〜Ｚｍ４−Ｚｃ４へのギヤ入れを行う。このギヤ入れが完了したら、クラッチ２を接続すると共にエンジントルクの制御を通常のアクセル開度に基づく制御に復帰させる。レンジギヤ列Ｚｒ１−Ｚｃｒ１,Ｚｒ２−Ｚｃｒ２の切り替えを伴う変速制御については、S10の判定がyesになるとレンジギヤ列Ｚｒ１−Ｚｃｒ１,Ｚｒ２−Ｚｃｒ２の切り替えを行う。その後、変速指令の目標段に対応するメインギヤＺｍ１〜Ｚｍ４がシンクロ領域に入ると、メインギヤ列Ｚｍ１−Ｚｃ１〜Ｚｍ４−Ｚｃ４へのギヤ入れを行う。このギヤ入れが完了したら、クラッチ２を接続すると共にエンジントルクの制御を通常のアクセル開度に基づく制御に復帰させるのである。

このような制御により、変速指令の発生時にアクセル開度が所定値α以上かつエンジン回転加速度が所定値β以上かどうかの判定（S1〜S5）が行われ、通常の場合は、エンジントルクを無負荷状態に絞る処理（S6），エンジンが無負荷位置に達するとクラッチを切断する処理（S7，S8，S12），クラッチの切断後にトランスミッション３のギヤ抜きを行う処理（S13，S14，S15），目標段のギヤ回転速度が同期領域に入るとトランスミッション３のギヤ入れを行う処理(S11)，ギヤ入れの完了後にクラッチ２を接続するとともにエンジントルクをアクセルペダルの踏角に応じたエンジントルクに復帰させる処理(S11)，が順次に行われる。変速指令の発生時において、アクセル開度が所定値α以上かつエンジン回転加速度が所定値β以上のときは、クラッチ２の切断処理と同時にトランスミッション３のギヤ抜き処理（S8〜S10）が開始される。

アクセル開度が所定値α以上かつエンジン回転加速度が所定値β以上のときに行われる変速制御については、変速指令の発生により、エンジントルクが無負荷状態へ絞られ、無負荷状態に下がると、トランスミッション３のギヤ抜きが駆動される。エンジントルクの絞りに伴ってエンジン回転加速度が正（車輪回転の加速方向）から負（車輪回転の減速方向）へ変化する過程があり、正の加速域と負の加速域との間に加速度の緩むフローティング状態が生じるものと考えられる。このフローティング状態において、トランスミッション３のギヤ抜きを行うことにより、メインシャフトからこれに係合するメインギヤを抵抗なく円滑にニュートラルへ抜くことができる。変速制御において、トランスミッション３のギヤ抜きは、通常の場合、エンジントルクが無負荷状態に絞られ、クラッチが切断されると行われるが、これをエンジン回転加速度が所定値β以上のときに変速指令が発生する場合については、クラッチ２の切断が完了するのを待つのでなく、エンジントルクを絞る処理に合わせて早めることにより、トランスミッション３のギヤ抜き処理の後に続く処理も早まるため、変速時間の短縮が有効に図れるのである。

図示の制御においては、エンジン回転加速度が所定値β以上かつアクセル開度αが所定値以上のときに変速指令が発生すると、トランスミッション３のギヤ抜きが早く行われることになり、トランスミッション３のギヤ抜きを早める制御の条件がエンジン回転加速度が所定値β以上かつアクセル開度が所定値α以上に特定されるので、エンジントルクを無負荷状態へ絞る過程から生じるフローティング状態にトランスミッション３のギヤ抜きを適確なタイミングに合わせやすくなる。図４において、S3のエンジン回転加速度は、車速センサ２１の検出値から求められる車両加速度に代えることもできる。S2のアクセル開度が所定値α以上かどうかの判定については、これを省略することも考えられる。

図５は、レンジギヤ列Ｚｒ１−Ｚｃｒ１,Ｚｒ２−Ｚｃｒ２の切り替えを伴う変速制御の例（図３における、２Ｈから３Ｌへのシフトアップ制御）を説明するタイミングチャートである。エンジン回転加速度が所定値β以上かつアクセル開度が所定値α以上のときに変速指令（２Ｈから３Ｌへのシフト要求）が発生すると、エンジントルクが無負荷状態へ絞られる。これにより、エンジン回転が上昇から下降へ緩やかに変化する。エンジントルクが無負荷状態に下がると、クラッチ断電磁弁のONによりクラッチ２が接位置から断位置へストロークする。エンジン回転加速度が所定値β以上かつアクセル開度が所定値α以上のときに発生の変速指令に基づく変速制御が行われるので、クラッチ断電磁弁のONと同時にメインギヤ抜き電磁弁が、スプリットギヤ列Ｚｍ５−Ｚｃ５（Ｈ）からＺｍ４−Ｚｃ４（Ｌ）への切り替え電磁弁（図示せず）と同時にONされる。

トランスミッション３のギヤ抜きが完了すると、ニュートラルスイッチ（ギヤポジションスイッチの一部を構成する）がONする。その後、レンジギヤ列Ｚｒ２−Ｚｃｒ２（Ｌ）をギヤ抜きする電磁弁のOFF後にレンジギヤ列Ｚｒ１−Ｚｃｒ１（Ｈ）へギヤ入れする電磁弁がONされる。レンジギヤ列がＺｒ２−Ｚｃｒ２からＺｒ１−Ｚｃｒ１に切り替わると、メインギヤ列Ｚｍ１−Ｚｃ１へのシフト電磁弁がONされ、メインギヤ列Ｚｍ１−Ｚｃ１へのギヤ入れが完了すると、図示しないクラッチ接電磁弁のONにより、クラッチストロークが断位置から接位置に達すると、エンジントルクの制御が通常のアクセル開度に応じた制御に戻されるのである。

図５の点線枠内において、トランスミッション３のメインシャフトとこれに係合するメインギヤＺｍ１との間で正から負へと変化する加速度の緩むフローティング状態が生じるのであり、この状態において、クラッチ断電磁弁のONと同時にメインギヤ抜き電磁弁がONされるので、メインシャフトからこれに係合するメインギヤ列Ｚｍ１−Ｚｃ１を抵抗なく円滑にニュートラルへ抜くことが可能となる。

この発明の実施形態を表す全体構成図である。同じくトランスミッションの構成に係る説明図である。同じくトランスミッションの変速段に係る説明図である。同じく制御内容を説明するフローチャートである。同じく制御内容を説明するタイミングチャートである。

符号の説明

１Ａ電子ガバナ装置
２Ａクラッチブースタ
３Ａギヤシフトユニット
４シフトレバーユニット
１１トランスミッション(T/M)コントロールユニット
１２エンジンコントロールユニット
１７レンジギヤ回転センサ
２１車速センサ
２２クラッチストロークセンサ
２３メインギヤ回転センサ
２８アクセル開度センサ
２９エンジン回転センサ

Claims

エンジンと歯車式のトランスミッションとの間に機械的なクラッチを介装する自動変速装置において、
人為操作に基づく変速指示または運転状態に基づく変速指示に応じた目標段がトランスミッションの現在段と一致しないときに変速指令を発生する手段、
変速指令が発生すると、エンジントルクを無負荷状態に絞る処理，エンジンが無負荷位置に達するとクラッチの切断する処理，クラッチの切断後にトランスミッションのギヤ抜きを行う処理，目標段のギヤ回転速度が同期領域に入るとトランスミッションのギヤ入れを行う処理，ギヤ入れの完了後にクラッチを接続するとともにエンジントルクをアクセルペダルの踏角に応じたエンジントルクに復帰させる処理，を順次に制御する手段、
エンジン回転速度から検出されるエンジン回転加速度または車速から検出される車両加速度が所定値以上のときに変速指令が発生すると、前記の制御手段におけるクラッチの切断処理と同時にトランスミッションのギヤ抜き処理を起動させる手段、を備えることを特徴とする自動変速装置。
エンジンと歯車式のトランスミッションとの間に機械的なクラッチを介装する自動変速装置において、
人為操作に基づく変速指示または運転状態に基づく変速指示に応じた目標段がトランスミッションの現在段と一致しないときに変速指令を発生する手段、
変速指令が発生すると、エンジントルクを無負荷状態に絞る処理，エンジンが無負荷位置に達するとクラッチの切断する処理，クラッチの切断後にトランスミッションのギヤ抜きを行う処理，目標段のギヤ回転速度が同期領域に入るとトランスミッションのギヤ入れを行う処理，ギヤ入れの完了後にクラッチを接続するとともにエンジントルクをアクセルペダルの踏角に応じたエンジントルクに復帰させる処理，を順次に制御する手段、
アクセル開度が所定値以上、かつ、エンジン回転速度から検出されるエンジン回転加速度または車速から検出される車両加速度が所定値以上、のときに変速指令が発生すると、前記制御におけるクラッチの切断処理と同時にトランスミッションのギヤ抜き処理を起動させる手段、を備えることを特徴とする自動変速装置。