JP5149969B2 - 原動機付き車両用トランスミッションにおけるサーボアシスト装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部分に記載した原動機付き車両用トランスミッション（以下単に「車両用トランスミッション」という。）におけるシフト装置のサーボアシスト装置に関するものである。

バス、トラックなどの今日の輸送用車両については、そのキャブオーバ型の構造により、トランスミッションを必然的に座席から離れた位置に設けなければならないという現実があり、特に、アンダフロアエンジン型、リヤエンジン型のものについては、トランスミッションと座席との距離が非常に大きくなってしまう。そして、機械的に変速を行うトランスミッションにおいては、長く延びたシフトロッドにより、正確な変速が困難となることが多い。

また、車両の運転者が全神経を周囲の交通に集中できるように、運転者が車両を運転するのに必要なすべての動作をできるだけ軽減し、サポートする必要がある。困難な交通状況においてどのようにして不都合のないトランスミッションの操作をすべきか多くの運転者は理解しているが、空気圧によるシフトアシストは、あらゆる規模の輸送用車両について助けとなる。

ところで、空圧式のシフトアシストにおける問題を解消した構造も知られている。すなわち、この構造は、機械−空圧式の制御部と、独立した空圧式の力発生部とで構成されており、非特許文献１に開示されている。上記制御部は機械的に操作される制御弁であり、この制御弁は、シフトロッドによって操作される。そして、変速時のシフト動作は、トランスミッションに対して直接機械的に伝達される。

ここで、シフト動作の伝達時に、制御弁が操作され、同時に、手動シフト力は、レバーを介してトランスミッションに伝達される。この手動シフト力は、圧縮空気シリンダにより更に空気圧でアシストされる。なお、この圧縮空気シリンダは、油圧ダンパを備えた２位置型シリンダとして力発生部を構成している。

しかし、直接的かつ比例した手動シフト力の発生は得ることができない。また、制御部と力発生部の間の経路が長いとともに、取付に大きな空間を必要とする。さらに、制御部と力発生部の間の圧縮空気配管の損傷も防止することができない。

また、特許文献１には車両用トランスミッションのためのサーボアシスト装置を備えたシフト装置が開示されており、このサーボアシスト装置の制御ロッドは、ピストンロッド内部で軸方向に摺動可能に設けられているとともに、シフトロッドを介してシフトレバーと協働するようになっている。また、サーボアシスト装置におけるピストンロッドは、トランスミッションのシフト切換手段と協働するとともに、ギヤが確実に噛合するよう３つの凹部（すなわち、２つのギヤが入れられる位置及びこれらの間のニュートラル位置）を備えている。

特許文献２には車両トランスミッション用のサーボアシスト装置を備えた変速装置が開示されており、この変速装置は、トランスミッションのギヤ段をシフト及び選択する手段と、アシストすべき手動シフト力が作用する、サーボアシスト装置の制御ロッドとを含んで構成されている。そして、サーボアシスト装置内には、サーボアシスト装置に作用する手動シフト力を、当該サーボアシスト装置内におけるサーボアシスト力の発生前及び／又は発生中に変更するために弾性部材が設けられている。

サーボアシスト装置には弁が設けられており、この弁は、制御ロッド上に配置された操作ピストン及び複数のスライド弁体を含んで構成されている。このスライド弁体は、ばねによって軸方向に互いに離間されており、それぞれピストンロッドにおける弁座に着座している。そして、操作ピストンによってスライド弁体が操作されると、該スライド弁体が弁座から離間して弁が開放されるようになっている。

また、シフトロッドを介して制御ロッド及びシフト装置のロックアップのための機械的なインタフェースと協働するシフトレバーが、サーボアシスト装置の制御ロッド上に配置された弾性要素により車室内でほぼ遊びなく固定されている。この場合、弾性要素の弾性力がサーボアシスト装置の弁に作用する力と共にサーボアシスト装置の始動力（サーボアシスト開始時の力）を決定付けるため、弾性要素による弾性力が過大となってはならない。なお、ここで、弁に作用する力とは、弾性要素により弁に作用する力と空気圧により弁に作用する力を意味する。また、シフト装置のロックアップのための機械的なインタフェースは例えば特許文献３に開示されている。

しかして、サーボアシスト装置が予空圧によって継続的に与圧されていれば、シフトレバーの軽い操作により、制御ロッド上に配置されつつシフトレバーを固定する弾性要素が圧縮され、さらに、操作ピストンがサーボアシスト装置におけるスライド弁体に当接することになる。そして、操作ピストンがスライド弁体に当接した時点から、弾性要素による弾性力に加えて手動シフトにより弁に作用する力が抵抗するように作用する。これにより、シフトレバーを更に操作するためには大きな手動シフト力が必要となってしまう。

特許文献４にはサーボアシスト装置を備えたシフト装置が開示されており、このシフト装置においては、供給された空気圧をリダクション装置によって制限又は遮断できるようになっている。例えば、トランスミッションがギヤの入った状態にあり、クラッチが接続されている状態にあれば、サーボアシスト装置への空気圧供給を遮断できるようになっている。また、サーボアシスト装置への空気圧供給が遮断されると、空気圧によって弁に作用する力が消滅し、また、弁に作用する力が弾性力のみとなるため、与圧作用の大部分も消滅することになる。

したがって、シフトレバーは、最大でサーボアシスト装置の機械的なロックアップが作用するまでそのギヤが入っている位置から比較的遠い位置へギヤを外すために操作される。また、大きな摩擦を伴うシフト装置に関しては、運転者がシフトレバーを開放する場合、シフトレバーは、ギヤから外された位置に保持されることになる。そのため、シフトレバーは、該シフトレバーが運転者からどのくらい離れた位置で動作するのかに応じて、ギヤの入っている位置と機械的なロックアップ位置との間の箇所に位置する。このため、ギヤの入っている位置が一義的に決まらない。これは、シフトレバーのニュートラル位置についても同様である。なお、ギヤの入っている位置及び機械的なロックアップ位置とは、シフト装置が各位置に確実に位置している場合のこれらに対応するシフトレバーの位置を意味する。また、ギヤの噛合は、例えば特許文献１に開示されているように、例えばサボアシスト装置のピストンロッドにおける係合部とこれに係合する係合ピンによってなされる。

独国特許出願公開第１９８３９８５０号明細書 独国特許出願公開第１０２００６００６６５２号明細書 独国特許出願公開第１９８４００５２号明細書 独国特許出願公開第１９８３９８５４号明細書 独国特許出願公開第１０２００６００６６５１号明細書

Ｌｏｏｍａｎｎ， 「Ｚａｈｎｒａｄｇｅｔｒｉｅｂｅ」， ２． Ａｕｆｌａｇｅ， Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｅｒｌａｇ， １９８８， ｐ． ２２５

本発明の目的とするところは、シフトレバーの位置決めを改善しつつ従来の欠点を軽減又は解消することが可能な車両用トランスミッションにおけるシフト装置のサーボアシスト装置を提供することにある。

上記目的は、独立請求項に記載した特徴を有するサーボアシスト装置によって達成される。

サーボアシスト装置は、手動シフト力が作用する制御ロッドと、ピストンロッドと、前記制御ロッド上における前記ピストンロッドの径方向内部に配置された少なくとも１つの弾性要素とを含んで構成されている。本発明によれば、前記制御ロッドの１つ又は両方の操作方向における前記弾性要素と前記ピストンロッドの間に遊びが形成されるよう前記弾性要素を前記制御ロッド上に配置したことを特徴としている。そのため、弾性要素が圧縮されることなく、制御ロッドが前記遊び分だけ変位することが可能である。なお、この弾性要素を、例えばコイルばね又は皿ばねとして形成することが考えられる。

ここで、弾性要素はサーボアシスト装置の始動力に寄与しないため、サーボアシスト装置の制御ロッド上に配置されたこの弾性要素は、大きな弾性力を有することができる。そのため、サーボアシストの始動はもはや弾性要素に依存せず、サーボアシスト装置の始動力の低減が達成されることになる。なお、この弾性要素を制御ロッド上に縮装又は張装することも考えられる。

弾性要素とピストンロッドの間の遊びは、該遊びが克服される前にサーボアシスト装置における弁が操作されるよう設定されている。したがって、サーボアシスト装置における弁は制御ロッドを短い距離操作するだけで開弁されるとともに、制御ロッドは、手動シフト力が上昇するにつれて、制御ロッド上に配置された弾性要素によってピストンロッドに対して支持される。これにより、制御ロッドの更なる操作のために弾性要素が圧縮される必要があるため、当接による作用が生じることになる。

また、本発明の一実施形態においては、弾性要素の軸方向変位が当接部材によって規制されているとともに、当接部材及び当接部によって制御ロッドの１つ又は両方の操作方向に弾性要素とピストンロッドの間の遊びが形成されている。前記当接部材について、これを例えば弾性要素及び制御ロッド上の当接部によって固定することが考えられ、また、ピストンロッドの当接部を、例えばピストンロッドと一体に形成したり、安全リングとして形成することも考えられる。

本発明によるサーボアシスト装置によれば、シフトレバーの位置が一義的に定まらないという問題が解消されるとともに、サーボアシスト装置のリリース力も軽減される。また、大きな摩擦を伴うシフト装置においても、シフトレバーの一義的な位置決めがなされる。したがって、本発明によるサーボアシスト装置を、シフトロッドを介してシフト装置に作用するシフトレバーに対しても、また、ケーブルを介してシフト装置に作用するシフトレバーに対しても、効果的に応用することが可能である。

また、本発明によるサーボアシスト装置を、特に車両用トランスミッションのシフト装置と共に使用することが考えられる。このシフト装置はギヤセレクト手段及びギヤシフト手段を含んで構成されており、アシストすべき手動シフト力は、本発明によるサーボアシスト装置の制御ロッドに作用するようになっている。したがって、本発明によるサーボアシスト装置を含んで構成されたシフト装置により、シフト装置のシフトレバーの正確な位置決めがなされることなる。さらに、サーボアシスト装置におけるリリース力の軽減により、シフト装置の操作性も向上する。ここで、アシストすべき手動シフト力は、シフトロッド、ケーブル又は流体圧によってサーボアシスト装置の制御ロッドに作用する。

また、サーボアシスト装置を備えた本発明によるシフト装置の一実施形態においては、手動シフト力がサーボアシスト装置に作用する前及び／又は作用している間にサーボアシスト装置に作用する当該手動シフト力を変更又は制限できるよう、当該シフト装置内に複数の弾性要素が設けられている。なお、弾性要素の配置及び機能の一例が例えば特許文献５に開示されている。

本発明によるサーボアシスト装置を備えたシフト装置を、特に車両用トランスミッションにおいて使用することが可能である。本発明によるサーボアシスト装置を備えたシフト装置を有するこの車両用トランスミッションを、シフト装置及び本発明によるサーボアシスト装置に接続されたトランスミッション内部の切換要素を備えた一般的なマニュアルトランスミッションとしてもよい。

本発明によれば、シフトレバーの位置決めを改善しつつ従来の欠点を軽減又は解消することが可能な車両用トランスミッションにおけるシフト装置のサーボアシスト装置を提供することが可能である。

従来技術によるシフト装置を示す図である。 本発明によるサーボアシスト装置の一実施形態を示す断面図である。 手動シフト力の関数としてのサーボアシスト力の特性曲線を示すグラフである。

以下に、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１には従来の車両用のシフト装置２の概略が示されており、シフトロッド６が、シフトレバー４から屈曲部８を経て、空圧式のサーボアシスト装置１０を備えた変速部１１に通じている。

サーボアシスト装置１０はプレッシャリザーバ１４に接続された接続管１２を備えており、このプレッシャリザーバ１４からサーボアシスト装置１０に圧縮空気が供給されるようになっている。また、屈曲部８は第１及び第２のレバー１６，１８を備えており、第１のレバー１６はシフトロッド６にリンク結合されている一方、第２のレバー１８はサーボアシスト装置１０に設けられた制御ロッド２０に係合している。

さらに、サーボアシスト装置１０はピストンロッド２２を備えており、このピストンロッド２２には、回転可能なセレクタシャフト２６を介して車両用トランスミッション３０におけるレバー２８に接続されたレバー２４が係合するようになっている。ここで、レバー２８はシフトレール３２に係合するようになっており、このシフトレールにより、周知のようにトランスミッションの変速比を切り換えることができるようになっている。

また、レバー２４の変位はセレクタシャフト２６を介してレバー２８の変位に変換されるため、このレバー２８の変位によりシフトレール３２が軸方向へ摺動することができるようになっている。このような動作において、シフトレール３２は３つの位置を占めることになる。すなわち、シフトされたそれぞれ所定の変速比に対応する２つの軸端位置と、これら２つの位置の間のニュートラルに対応する位置である。

図２には本発明によるサーボアシスト装置１０の断面図が示されており、このサーボアシスト装置１０は、制御ロッド２０、ピストンロッド２２及び弾性要素４０を含んで構成されている。ここで、弾性要素４０は、制御ロッド２０をその径方向に包囲しているとともに、ピストンロッド２２の径方向内部に配置されている。

サーボアシスト装置１０における制御ロッド２０は、ピストンロッド２２の内部において軸方向に摺動可能に配置されているとともに、シフトロッド６を介してシフトレバー４と協働するようになっている（図１）。また、ピストンロッド２２は、トランスミッションのシフト手段と協働するようになっている（図１）。

また、弾性要素６０が、制御ロッド２０を径方向に包囲しているとともに、径方向において当接部４８及び当接部材６２と相互に作用するようになっている。ここで、当接部４８は制御ロッド２０に固定されており、当接部材６２は制御ロッド２０における当接部６４に当接している。

ところで、制御ロッド２０には延長部７４が設けられており、この延長部７４上には更なる弾性要素６６が配置されている。ここで、この弾性要素６６は、当接部材６８と延長部７４に固設された当接部材７２との間に収容されている。また、当接部材６８は、延長部７４上に固定された他の当接部材７０と軸方向に当接している。

また、弁５４が操作ピストン３８，５８及びスライド弁体３６，５６を含んで構成されており、これら操作ピストン３８，５８及びスライド弁体３６，５６は、軸方向に摺動するよう制御ロッド２０上に配置されている。スライド弁体３６，５６は、弾性部材３４によって互いに離間するようになっているとともに、それぞれピストンロッド２２における弁座に当接するようになっている。

本発明によれば、制御ロッド２０の両操作方向において、当該弾性要素４０とピストンロッド２２の間に遊び５０，５２が形成されるよう弾性要素４０が制御ロッド２０上に配置されている。なお、本実施の形態においては、弾性要素３４，４０，６０，６６はコイルばねで形成されているとともに、当接部４６，３８，６４，７０，７２は安全リングで形成されている。すなわち、コイルばねである弾性要素４０は、その軸方向変位が当接部４２，４４によって規制されている。また、コイルばねである例えば弾性要素４０，６０について、それぞれ異なるばね定数あるいは弾性を有するように設定してもよい。さらに、これら弾性要素４０，６０について、互いに一体的に又は個々に付勢されるようにしてもよい。

ところで、弾性要素４０とピストンロッド２２の間の遊び５０，５２は、制御ロッド２０の両操作方向において、当接部材４２，４４及びピストンロッド２２の当接部によって形成されている。ここで、これら当接部材４２，４４は弾性要素４０と、制御ロッド２０上の当接部４６，４８とによって固定されており、ピストンロッド２２の当接部はここでは該ピストンロッド２２と一体に形成されている。

しかして、制御ロッド２０が手動シフト力によって図中右方へ摺動すると、この制御ロッド２０上に配置された操作ピストン３８も図中右方へ摺動し、この操作ピストン３８の摺動により、当接部材４４がピストンロッド２２における当接部に到達する前にスライド弁体３６が操作される。そして、このスライド弁体３６がピストンロッド２２における弁座から離間し、弁５４が開弁されることになる。

この開弁された弁５４は、予圧により、制御ロッド２０に生じている力あるいは手動シフト力に応じたサーボ圧を制御するものとなっている。制御ロッド２０が手動シフト力によって更に図中右方へ摺動すると、操作ピストン３８及びスライド弁体３６は現に生じている力のつり合いにより既に到達している位置に維持される一方、制御ロッド２０は操作ピストン３８及びスライド弁体３６と相対的に更に摺動し、当接部４８と当接部材６２の間の弾性要素６０は、当接部材４４がピストンロッド２２における当接部に当接するまで圧縮される。そして、当接部材４４がピストンロッド２２における当接部に当接すると、弾性要素４０の弾性力を克服しなければならないため、制御ロッド２０を更に図中右方へ摺動させるのに大きな手動シフト力が必要となる。

弾性要素４０は大きな手動シフト力により圧縮されているため、サーボアシスト装置１０への圧縮空気の供給が遮断されるとともにシフトレバー４（図１）がそのギヤの入っている位置から外されるように操作されても、このギヤの入っている位置から外されたシフトレバー４は、大きな摩擦を伴うシフト装置においても、ギヤの入る位置から遊び５０，５２の間隔だけ離間するよう弾性要素４０の弾性力により再びギヤの入る位置の方向へ位置することになる。なお、弾性要素については、シフト装置の摩擦力に応じて設定すればよい。そして、上述の事項は、制御ロッド２０を図中左方へ操作する場合についても同様である。

また、本発明によるサーボアシスト装置１０によれば、弾性要素４０の圧縮前に弁５４が既に開弁されているため、リリース力の低減にも寄与することができる。そして、この利点は、大きな摩擦力を伴うシフト装置においても同様に当てはまるものである。なお、リリース力とは、サーボアシスト装置１０における弁５４を開弁するために加えられる手動シフト力である。

図３には、手動シフト力Ｆ_Ｈの関数としてのサーボアシスト力Ｆ_Ｓの特性曲線が示されている。本発明によるサーボアシスト装置１０によれば、そのリリース力Ｆ_Ｈ２は、従来のサーボアシスト装置のリリース力Ｆ_Ｈ１よりも小さくなっている。本発明によるサーボアシスト装置１０により得られるこの特性曲線７８は、従来の特性曲線７６に対して平行に推移しているため、特性曲線７８の下方の部分では、同じ手動シフト力Ｆ_Ｈであっても、従来に比してより大きなサーボアシスト力Ｆ_Ｓが得られることになる。

特性曲線７８は２つの変曲点８０，８２の間の区間を有しており、この区間は、ほぼ水平な変化となっている。ここで、変曲点８０は、当接部材４４がピストンロッド２２の当接部に当接するときに生じるものである。また、これら両変曲点８０，８２の間の区間においては、弁が更に開弁される前に弾性要素４０の弾性力が克服される必要があるため、人でによる力Ｆ_Ｈに対して比較的低い割合のサーボアシスト力Ｆ_Ｓが生じることになる。そして、変曲点８２を過ぎると両弾性要素４０，６０が圧縮され、特性曲線７８は最大サーボアシスト力Ｆ_Ｓｍａｘに至るまで連続的に上昇する。

また、例えばばね定数について弾性部材４０を適当に設定したり、この弾性部材４０を縮装又は張装することにより、変曲点８０，８２の間の区間を適当に変化させることが可能である。すなわち、第１の変曲点である変曲点８０を生じさせる手動シフト力Ｆ_Ｈが弾性要素６０の弾性力に依存する一方、第２の変曲点である変曲点８２は弾性要素４０の弾性力に依存する。

したがって、比較的小さな手動シフト力Ｆ_Ｈによって所定のサーボアシスト力Ｆ_Ｓが得られ、手動シフト力Ｆ_Ｈが所定以上となると所定の区間においてほぼ一定のサーボアシスト力Ｆ_Ｓが生じ、これにつづいて、手動シフト力Ｆ_Ｈが更に高まるとサーボアシスト力Ｆ_Ｓが再び上昇する。ここで、弾性要素４０の弾性力は、両変曲点８０，８２の間の区間がほぼ水平に推移するよう、及び変曲点８２と最大サーボアシスト力Ｆ_Ｓｍａｘを生じる点の間の区間において、手動シフト力Ｆ_Ｈが同じである場合に従来の特性曲線７６に比して小さなサーボアシスト力Ｆ_Ｓが生じるよう設定されている。

２ シフト装置
４ シフトレバー
６ シフトロッド
８ 屈曲部
１０ サーボアシスト装置
１１ 変速部
１２ 接続管
１４ プレッシャリザーバ
１６ 第１のレバー
１８ 第２のレバー
２０ 制御ロッド
２２ ピストンロッド
２４ レバー
２６ セレクタシャフト
２８ レバー
３０ 原動機付き車両用トランスミッション
３２ シフトレール
３４ 弾性要素
３６ スライド弁体
３８ 操作ピストン
４０ 弾性要素
４２ 当接部材
４４ 当接部材
４６ 当接部
４８ 当接部
５０ 遊び
５２ 遊び
５４ 弁
５６ スライド弁体
５８ 操作ピストン
６０ 弾性要素
６２ 当接部材
６４ 当接部
６６ 弾性要素
６８ 当接部材
７０ 当接部
７２ 当接部
７４ 延長部
７６ 従来のサーボアシスト装置における特性曲線
７８ 本発明のサーボアシスト装置における特性曲線
８０ 変曲点
８２ 変曲点
Ｆ_Ｈ 手動シフト力
Ｆ_Ｈ１，Ｆ_Ｈ２ リリース力
Ｆ_Ｓ サーボアシスト力
Ｆ_Ｓｍａｘ 最大サーボアシスト力

Claims (7)

1. 手動シフト力が作用する制御ロッド（２０）と、
   ピストンロッド（２２）と、
   前記制御ロッド（２０）上における前記ピストンロッド（２２）の径方向内部に配置された少なくとも１つの弾性要素（４０）と
   を含んで構成された、原動機付き車両用トランスミッションにおけるシフト装置（１１）のサーボアシスト装置（１０）において、
   前記制御ロッド（２０）の１つ又は両方の操作方向における前記弾性要素（４０）と前記ピストンロッド（２２）の間に遊び（５０，５２）が形成されるよう前記弾性要素（４０）を前記制御ロッド（２０）上に配置したことを特徴とするサーボアシスト装置。
2. 前記遊び（５０，５２）の寸法を、該遊び（５０，５２）が克服される前に当該サーボアシスト装置（１０）における弁（５４）が操作されるよう設定したことを特徴とする請求項１記載のサーボアシスト装置。
3. 前記弾性要素（４０）の軸方向変位を複数の当接部材（４２，４４）で規制するとともに、前記遊び（５０，５２）をこれら当接部材（４２，４４）及び前記ピストンロッド（２２）における第１の当接部で形成したことを特徴とする請求項１又は２記載のサーボアシスト装置。
4. 前記当接部材（４２，４４）を、前記弾性要素（４０）及び第２の当接部（４６，４８）によって前記ピストンロッド（２２）上に固定したことを特徴とする請求項３記載のサーボアシスト装置。
5. 前記弾性要素（４０）をコイルばね又は皿ばねとして形成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のサーボアシスト装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のサーボアシスト装置を備えて成ることを特徴とする、原動機付き車両用トランスミッションにおけるシフト装置。
7. 請求項６記載のシフト装置を備えて成ることを特徴とする原動機付き車両用トランスミッション。

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