JP5197791B2 - 変速装置及び鞍乗型車両 - Google Patents

Description

本発明は、変速装置及び鞍乗型車両に関し、特には、ドグクラッチ式の変速機構に含まれる移動ギアの移動制御に関する。

従来、ドグクラッチ式の変速機構を備え、シフト操作をアクチュエータにより行う自動二輪車が知られている。

ドグクラッチ式の変速機構は、軸に対して相対回転可能かつ軸方向に移動不能な固定ギアと、軸に対して相対回転不能かつ軸方向に移動可能な移動ギアと、を備えており、移動ギアの側面及び固定ギアの側面には、相互に係合可能なドグ部が形成されている。こうした変速機構では、変速時において、まず、変速前の変速段の固定ギア（以下、変速前固定ギアという）のドグ部と、移動ギアのドグ部との係合が解除される（ドグ抜き段階）。次に、上記移動ギア又は別の移動ギアのドグ部と、変速後の変速段の固定ギア（以下、変速後固定ギアという）のドグ部とが係合する（ドグ入り段階）。また、ドグ入り段階に至る前には、移動ギアのドグ部と、変速後固定ギアのドグ部とが衝突することがある（ドグ当たり段階）。

特開平１１−１４８５５１号公報

特許文献１には、迅速な変速を実現するためにスリーブを高速で移動させること、シフトスピンドルがストッパに当接する際の衝撃を弱めるためにスリーブがダボイン位置まで達した場合に駆動モータに制動をかけること、が記載されている。この文献において、ダボインとは、スリーブの凸側ダボがギアのダボ穴に係合することと定義されており、上記ドグ当たり段階は、スリーブの凸側ダボがギアのダボ穴以外の部分に衝突する段階に相当する。これによると、ダボイン位置まで達した場合に制動をかけるとは、上記ドグ当たり段階よりも後に制動をかけることを意味するので、スリーブの凸側ダボはギアのダボ穴以外の部分に高速で衝突してしまう。この場合、スリーブの凸側ダボとギアのダボ穴以外の部分との間に生じる摩擦力により両者の相対移動が阻害されるため、凸側ダボとダボ穴との係合が遅れて、迅速な変速が実現しないおそれがある。こうした課題は、迅速な変速を実現するためにスリーブの移動速度を高めるほど、逆に顕著になってしまう。

また、特許文献１には、シフトチェンジが正常に行われないと、スリーブの押付けトルクを一時的に弱めた後、再び強いトルクで押付ける再突入制御を実行することが記載されている。ここで、シフトチェンジが正常に行われない状態とは、スリーブがダボイン位置まで達しない状態を指しており、スリーブの凸側ダボがギアのダボ穴以外の部分に当接したままの状態のことである。しかし、特許文献１では上記のようにスリーブの凸側ダボがギアのダボ穴以外の部分に高速で衝突しており、高速で衝突した後に押付けトルクを強弱させても、既に両者の相対速度が低下した後であるので、迅速な変速に寄与しない。

なお、こうした課題は、上記ドグ抜き段階において係合解除のために移動ギアに与える力を大きくするほど顕著となる。すなわち、変速前固定ギアのドグ部と、移動ギアのドグ部との係合が解除されるまでの間、移動ギアを駆動するアクチュエータに大きな負荷が加わることがある。この負荷は、係合が解除された瞬間に移動ギアを変速後固定ギアに向かって押し出す力となり、その結果、移動ギアのドグ部と、変速後固定ギアのドグ部とが勢い良く衝突することになる。この場合、ドグ当たり段階からドグ入り段階への移行の遅れが顕著となる。これに対し、特許文献１には、ドグ抜き段階に相当する記載がないため、スリーブの凸側ダボがギアのダボ穴以外の部分に衝突する速さが、そもそも係合を遅らせるほど高くはないとも考えられる。

本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、迅速な変速を実現すると共に、ドグ部同士の衝突を緩和することが可能な変速装置及び鞍乗型車両を提供することを主な目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の変速装置は、ドグクラッチ式の変速機構と、アクチュエータと、前記アクチュエータを駆動する制御装置と、を備える。前記変速機構は、軸に対して相対回転可能かつ軸方向に移動不能な第１の固定ギアと、前記軸に対して相対回転可能かつ軸方向に移動不能な第２の固定ギアと、前記軸の前記第１の固定ギアと前記第２の固定ギアとの間に設けられ、前記軸に対して相対回転不能かつ軸方向に移動可能な移動ギアと、を備える。前記移動ギアの一方の側面には、前記第１の固定ギアの側面に形成されたドグ部と係合して前記軸の回転を前記第１の固定ギアに伝達するドグ部が形成される。前記移動ギアの他方の側面に、前記第２の固定ギアの側面に形成されたドグ部と係合して前記軸の回転を前記第２の固定ギアに伝達するドグ部が形成される。前記アクチュエータは、前記移動ギアを軸方向に移動させる。前記制御装置は、前記第１の固定ギア及び前記移動ギアのドグ部同士が係合した状態から前記移動ギアが前記第２の固定ギアに向かって移動するとき、前記第１の固定ギア及び前記移動ギアのドグ部同士の係合が解除されてから、前記移動ギア及び前記第２の固定ギアのドグ部同士が接触する位置に前記移動ギアが到達する前までに、前記移動ギアに対して前記第２の固定ギアに向かう方向とは逆方向の力を与える。

また、本発明の変速装置は、ドグクラッチ式の変速機構と、アクチュエータと、前記アクチュエータを駆動する制御装置と、を備える。前記変速機構は、第１の固定ギアと、第１の移動ギアと、第２の固定ギアと、第２の移動ギアと、シフトカムと、を備える。前記第１の固定ギアは、軸に対して相対回転可能かつ軸方向に移動不能である。前記第１の移動ギアは、前記第１の固定ギアが設けられた軸に設けられ、当該軸に対して相対回転不能かつ軸方向に移動可能である。前記第２の固定ギアは、前記第１の固定ギアが設けられた軸又はそれとは異なる軸に対して相対回転可能かつ軸方向に移動不能である。前記第２の移動ギアは、前記第２の固定ギアが設けられた軸に設けられ、当該軸に対して相対回転不能かつ軸方向に移動可能である。前記シフトカムは、前記第１の移動ギア及び前記第２の移動ギアを軸方向に移動させる。前記第１の移動ギアの前記第１の固定ギアと対向する側面には、前記第１の固定ギアの側面に形成されたドグ部と係合して前記第１の固定ギアが設けられた軸の回転を前記第１の固定ギアに伝達するドグ部が形成される。前記第２の移動ギアの前記第２の固定ギアと対向する側面には、前記第２の固定ギアの側面に形成されたドグ部と係合して前記第２の固定ギアが設けられた軸の回転を前記第２の固定ギアに伝達するドグ部が形成される。前記アクチュエータは、前記シフトカムを駆動する。前記制御装置は、前記第１の固定ギア及び前記第１の移動ギアのドグ部同士が係合した状態から前記第２の移動ギアが前記第２の固定ギアに向かって移動するとき、前記第１の固定ギア及び前記第１の移動ギアのドグ部同士の係合が解除されてから、前記第２の移動ギア及び前記第２の固定ギアのドグ部同士が接触する位置に前記第２の移動ギアが到達する前までに、前記第２の移動ギアに対して前記第２の固定ギアに向かう方向とは逆方向の力を与える。

また、本発明の鞍乗型車両は、上記変速装置を備える。鞍乗型車両は、ユーザがシートに跨って座る車両であり、例えば、自動二輪車（スクーターを含む）や、四輪バギー、スノーモービル等である。

上記本発明によると、移動ギア及び第２の固定ギアのドグ部同士が接触する前に、当該移動ギアに対して第２の固定ギアに向かう方向とは逆方向の力を与えるので、ドグ部同士の衝突を緩和して迅速な変速を実現することが可能である。

自動二輪車の側面図である。 トルク伝達経路の概略図である。 ドグ抜き段階の説明図である。 ドグ当たり段階の説明図である。 ドグ入り段階の説明図である。 変速装置の構成例を表すブロック図である。 制御装置の機能構成例を表すブロック図である。 制御装置の動作例を表すフローチャートである。 制御装置の動作例を表すタイミングチャートである。 制御装置の動作例を表すタイミングチャートである。 制御装置の機能構成例を表すブロック図である。 制御装置の動作例を表すタイミングチャートである。

本発明の変速装置及び鞍乗型車両の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、自動二輪車１の側面図である。自動二輪車１は、本発明の鞍乗型車両の一例であり、エンジンユニット１１を備えている。エンジンユニット１１の前方に配置される前輪２は、フロントフォーク４の下端で支持されている。フロントフォーク４の上部には車体フレーム（不図示）の最前部で回転可能に支持されたステアリングシャフト５が連結されている。ステアリングシャフト５の上方にはステアリング６が設けられている。ステアリング６とフロントフォーク４と前輪２は、ステアリングシャフト５を中心にして一体的に左右に回転可能となっている。ステアリング６の後方には搭乗者が跨って座ることのできるシート７が配置されている。エンジンユニット１１の後方には後輪３が配置されている。エンジンユニット１１から出力されるトルクはチェーンやベルト、シャフトなどのトルク伝達部材（不図示）を介して後輪３に伝達される。また、自動二輪車１には、制御装置１０が設けられている。エンジンユニット１１及び制御装置１０は、本発明の一例に係る変速装置１５を構成している。

図２は、トルク伝達経路の概略図である。エンジンユニット１１は、クラッチ４０と、ドグクラッチ式の変速機構３０と、シフトアクチュエータ３８とを含んでいる。クラッチ４０は、変速機構３０の入力軸３１に対して相対回転可能な駆動部材４１を有している。クラッチ４０の駆動部材４１にはプライマリギア４１ａが設けられており、このプライマリギア４１ａはクランクシャフト（不図示）に設けられたプライマリギア２１ａと噛み合っている。また、クラッチ４０は、変速機構３０の入力軸３１に対して相対回転不能な従動部材４２を有している。クラッチ４０は例えば単板または多板の摩擦クラッチである。駆動部材４１と従動部材４２が互いに軸方向で押付けられることにより、それらの間でトルクの伝達がなされる。駆動部材４１は例えばフリクションディスクであり、従動部材４２は例えばクラッチディスクである。

また、クラッチ４０は、制御装置１０からの指令に応じて駆動部材４１と従動部材４２との係合状態を変化させるクラッチアクチュエータ４９を有している。クラッチアクチュエータ４９は、例えば電動モータからなる。電動モータの動力は、油圧やロッドを介してクラッチ４０の駆動部材４１又は従動部材４２の何れか一方に伝えられ、駆動部材４１と従動部材４２とを軸方向で互いに押付けたり離したりする。

変速機構３０は、複数のギア１ｉ〜６ｉが設けられた入力軸３１と、これらのギア１ｉ〜６ｉと噛み合う複数のギア１ｈ〜６ｈが設けられた出力軸３２と、シフトフォーク３６が設けられたシフトカム３３と、を備えている。入力軸３１はクラッチ４０の従動部材４２に連結されている。出力軸３２は、チェーンやベルト、シャフトなどのトルク伝達部材を介して後輪３の車軸に連結されている。ギア１ｉとギア１ｈは互いに噛み合っており、それらの減速比は１速に対応している。ギア２ｉとギア２ｈは互いに噛み合っており、それらの減速比は２速に対応している。ギア３ｉとギア３ｈは互いに噛み合っており、それらの減速比は３速に対応している。ギア４ｉとギア４ｈは互いに噛み合っており、それらの減速比は４速に対応している。ギア５ｉとギア５ｈは互いに噛み合っており、それらの減速比は５速に対応している。ギア６ｉとギア６ｈは互いに噛み合っており、それらの減速比は６速に対応している。

各変速段に対応するギア対のうち、一方のギアは、当該ギアが設けられた軸に対して相対回転可能である。これに対し、他方のギアは、当該ギアが設けられた軸とスプラインで噛み合って、当該軸に対して相対回転不能である。本例では、ギア１ｉ〜４ｉは入力軸３１に対して相対回転不能であり、ギア１ｈ〜４ｈは出力軸３２に対して相対回転可能である。また、ギア５ｉ，６ｉは入力軸３１に対して相対回転可能であり、ギア５ｈ，６ｈは出力軸３２に対して相対回転不能である。このため、何れの変速段にも設定されていない中立状態では、ギア対１ｉ−１ｈ〜４ｉ−４ｈは入力軸３１に連動し、ギア対５ｉ−５ｈ，６ｉ−６ｈは出力軸３２に連動する。なお、ギア３ｉとギア４ｉは一体的に形成されている（以下、ギア３４ｉという。）。

上記軸に対して相対回転可能なギアは、当該ギアが設けられた軸に対して軸方向に移動不能であり、固定ギアと呼ばれる。これに対し、上記軸に対して相対回転不能なギアのうち一部のギアは、当該ギアが設けられた軸に対して軸方向に移動可能であり、移動ギアと呼ばれる。移動ギアは、２つの固定ギアの間を移動可能とされている。本例では、ギア５ｉ，６ｉ，１ｈ〜４ｈが固定ギアであり、ギア３４ｉ，５ｈ，６ｈが移動ギアである。ギア３４ｉは、ギア５ｉ，６ｉの間を入力軸３１に対して軸方向に移動可能である。ギア５ｈは、ギア１ｈ，４ｈの間を出力軸３２に対して軸方向に移動可能である。ギア６ｈは、ギア２ｈ，３ｈの間を出力軸３２に対して軸方向に移動可能である。移動ギアであるギア３４ｉ，５ｈ，６ｈのそれぞれには係合溝３５が形成されており、この係合溝３５にシフトカム３３に設けられたシフトフォーク３６が係合する。

また、移動ギアと固定ギアとは、ドグクラッチによって係合可能となっている。本例では、移動ギアであるギア３４ｉ，５ｈ，６ｈの両方の側面にドグ部３９が形成されている。固定ギアであるギア５ｉ，６ｉ，１ｈ〜４ｈでは、移動ギアと向かい合う側面にドグ部３９が形成されている。こうしたドグ部３９同士が係合することによって、入力軸３１のトルクが出力軸３２に伝達される。例えば、ギア３４ｉのドグ部３９がギア５ｉのドグ部３９と係合することで、入力軸３１の回転がギア３４ｉからドグ部３９を介してギア５ｉに伝達されて、ギア５ｉは入力軸３１と一体的に回転する。

シフトカム３３には、回転角に応じて軸方向の位置が変化する複数のカム溝３３ｄが形成されており、各々のカム溝３３ｄにシフトフォーク３６が係合している。シフトカム３３には、シフトロッド３７を介してシフトアクチュエータ３８が連結されており、シフトカム３３を回転させる動力を発生する。シフトアクチュエータ３８は、例えば電動モータからなる。シフトアクチュエータ３８が回転すると、その回転がシフトロッド３７を介してシフトカム３３に伝わり、シフトカム３３が回転する。シフトカム３３の回転は、カム溝３３ｄに係合したシフトフォーク３６の軸方向の移動に変換され、その結果、移動ギアであるギア３４ｉ，５ｈ，６ｈが軸方向に移動して、変速段が切り替えられる。このように、移動ギアであるギア３４ｉ，５ｈ，６ｈは、シフトアクチュエータ３８が生じる動力によって軸方向に移動する。

変速段が切り替えられる際、変速前の変速段の固定ギア（変速前固定ギア）と移動ギアとが係合した状態から、変速後の変速段の固定ギア（変速後固定ギア）と移動ギアとが係合した状態に切り替わる。第１の変速態様では、変速前固定ギアに係合する移動ギアと、変速後固定ギアに係合する移動ギアとが同じである。例えば、２速から３速に切り替わる場合には、ギア６ｈとギア２ｈとが係合した状態からギア６ｈがギア３ｈに向かって移動し、ギア６ｈとギア３ｈとが係合する。また、５速から６速に切り替わる場合には、ギア３４ｉとギア５ｉとが係合した状態からギア３４ｉがギア６ｉに向かって移動し、ギア３４ｉとギア６ｉとが係合する。

これに対し、第２の変速態様では、変速前固定ギアに係合する移動ギアと、変速後固定ギアに係合する移動ギアとが異なる。例えば、１速から２速に切り替わる場合には、ギア５ｈとギア１ｈとが係合した状態からギア５ｈがギア１ｈから離れ、ギア６ｈがギア２ｈに向かって移動し、ギア６ｈとギア２ｈとが係合する。また、３速から４速に切り替わる場合には、ギア６ｈとギア３ｈとが係合した状態からギア６ｈがギア３ｈから離れ、ギア５ｈがギア４ｈに向かって移動し、ギア５ｈとギア４ｈとが係合する。また、４速から５速に切り替わる場合には、ギア５ｈとギア４ｈとが係合した状態からギア５ｈがギア４ｈから離れ、ギア３４ｉがギア５ｉに向かって移動し、ギア３４ｉとギア５ｉとが係合する。

このように移動ギアと固定ギアとの係合が切り替わる場合、移動ギアは以下に説明する３つの段階（ドグ抜き段階、ドグ当たり段階、ドグ入り段階）を順に経る。図３Ａはドグ抜き段階を示す図であり、図３Ｂはドグ当たり段階を示す図であり、図３Ｃはドグ入り段階を示す図である。これらの図は、ギア回転方向を図中上下方向に展開した概略図である。これらの図中の矢印は、第２の固定ギア６に向かって移動する移動ギア７の移動方向を表している。移動ギア７は図２中のギア３４ｉ，５ｈ，６ｈに対応しており、第１の固定ギア５及び第２の固定ギア６は図２中のギア５ｉ，６ｉ，１ｈ〜４ｈに対応している。第１の固定ギア５は変速前固定ギアを指し、第２の固定ギア６は変速後固定ギアを指す。

移動ギア７の第１の固定ギア５と向かい合う側面には、第１の固定ギア５に向かって凸状に突出するドグ部７２が形成されており、ドグ部７２のギア回転方向に隣接して凹状の挿入部７７が形成されている。なお、凸状のドグ部７２と凹状の挿入部７７とが形成する凹凸は相対的な関係にあり、凸状のドグ部７２が形成されていない部分を凹状の挿入部７７と呼び、凹状の挿入部７７が形成されていない部分を凸状のドグ部７２と呼んでいる。同様に、第１の固定ギア５の移動ギア７と向かい合う側面にも、移動ギア７に向かって凸状に突出したドグ部５２が形成されており、ドグ部５２のギア回転方向に隣接して凹状の挿入部５７が形成されている。移動ギア７のドグ部７２が第１の固定ギア５の挿入部５７に挿入され、第１の固定ギア５のドグ部５２が移動ギア７の挿入部７７に挿入されたときに、移動ギア７のドグ部７２と第１の固定ギア５のドグ部５２とが係合する。これにより、移動ギア７及び第１の固定ギア５の一方のトルクがドグ部７２，５２を介して他方に伝達される。

移動ギア７の第２の固定ギア６と向かい合う側面には、第２の固定ギア６に向かって凸状に突出するドグ部７４が形成されており、ドグ部７４のギア回転方向に隣接して凹状の挿入部７９が形成されている。なお、凸状のドグ部７４と凹状の挿入部７９とが形成する凹凸は相対的な関係にあり、凸状のドグ部７４が形成されていない部分を凹状の挿入部７９と呼び、凹状の挿入部７９が形成されていない部分を凸状のドグ部７４と呼んでいる。同様に、第２の固定ギア６の移動ギア７と向かい合う側面にも、移動ギア７に向かって凸状に突出したドグ部６４が形成されており、ドグ部６４のギア回転方向に隣接して凹状の挿入部６９が形成されている。移動ギア７のドグ部７４が第２の固定ギア６の挿入部６９に挿入され、第２の固定ギア６のドグ部６４が移動ギア７の挿入部７９に挿入されたときに、移動ギア７のドグ部７４と第２の固定ギア６のドグ部６４とが係合する。これにより、移動ギア７及び第２の固定ギア６の一方のトルクがドグ部７４，６４を介して他方に伝達される。

図３Ａに示されるドグ抜き段階では、移動ギア７のドグ部７２と第１の固定ギア５のドグ部５２との係合が解除される。シフトアクチュエータ３８の動力がシフトカム３３から移動ギア７に伝達され、移動ギア７が第２の固定ギア６に向かって移動を始めると、移動ギア７のドグ部７２が第１の固定ギア５の挿入部５７から抜け、第１の固定ギア５のドグ部５２が移動ギア７の挿入部７７から抜ける。この際、移動ギア７のドグ部７２と第１の固定ギア５のドグ部５２とは高い圧力で接していることから、移動ギア７を第１の固定ギア５から引き離すためには、シフトアクチュエータ３８の出力を高くして移動ギア７に強い力を与えることが好ましい。

図３Ｂに示されるドグ当たり段階では、移動ギア７のドグ部７４と第２の固定ギア６のドグ部６４とが衝突する。すなわち、ドグ当たり段階では、移動ギア７のドグ部７４が第２の固定ギア６の挿入部６９以外に衝突する。この際、移動ギア７の移動速度が高いと、移動ギア７のドグ部７４と第２の固定ギア６のドグ部６４との衝突によって両者の相対回転速度が低下し、ドグ入り段階への移行が遅れるおそれがある。このため、ドグ当たり段階では、移動ギア７の移動速度を低くして、第２の固定ギア６に衝突するときの衝撃を弱めることが好ましい。

しかしながら、上記ドグ抜き段階で、移動ギア７と第１の固定ギア５の係合を解除するために移動ギア７に強い力を与えた場合、係合が解除された瞬間に、移動ギア７がその力によって高速で押し出され、第２の固定ギア６に勢い良く衝突しやすくなる。この場合、ドグ入り段階への移行の遅れが顕著となる。

図３Ｃに示されるドグ入り段階では、移動ギア７のドグ部７４と第２の固定ギア６のドグ部６４とが係合する。すなわち、移動ギア７のドグ部７４が第２の固定ギア６の挿入部６９に挿入され、第２の固定ギア６のドグ部６４が移動ギア７の挿入部７９に挿入されて、移動ギア７のドグ部７４と第２の固定ギア６のドグ部６４とがギア回転方向に接触する。この際、係合の完了を早めるために、ドグ部７４，６４の挿入を支援する押付け力を移動ギア７に与えることが好ましい。

なお、ドグ当たり段階を経ずにドグ抜き段階からドグ入り段階に直接移行する場合もある。これは、移動ギア７のドグ部７４が第２の固定ギア６のドグ部６４と衝突せずに、挿入部６９に直接挿入される場合である。

以上の図３Ａ〜図３Ｃの説明は、変速前固定ギアに係合する移動ギアと、変速後固定ギアに係合する移動ギアとが異なる第２の変速態様においても成り立つ。すなわち、ドグ抜き段階において変速前固定ギアと第１の移動ギアとの係合を解除するために、シフトカム３３（図２を参照）に強いトルクを与えると、係合が解除された瞬間にシフトカム３３が急激に回転する。このとき、第１の移動ギアだけでなくシフトカム３３に連結された全ての移動ギアの移動速度が高まって、その結果、第２の移動ギアが変速後固定ギアに勢い良く衝突することになる。従って、以下の制御の説明は、第２の変速態様においても同様に適用される。

図４は、変速装置１５の構成例を表すブロック図である。変速装置１５は、シフトスイッチ１９ａと、クラッチセンサ１９ｂと、シフトアクチュエータ位置センサ１９ｃと、シフトカム位置センサ１９ｄと、を含んでいる。これらのセンサは制御装置１０に接続されている。

シフトスイッチ１９ａは、搭乗者によって操作されるスイッチであり、変速指令（変速段を上げるシフトアップ指令または変速段を下げるシフトダウン指令）を制御装置１０に出力する。シフトスイッチ１９ａは、シフトアップ用のスイッチとシフトダウン用のスイッチとを含んでいる。

クラッチセンサ１９ｂは、例えば、クラッチ４０に含まれるプレッシャープレート（不図示）の位置に応じた信号を出力するポテンショメータによって構成される。制御装置１０は、クラッチセンサ１９ｂの出力信号に基づいて、クラッチ４０の状態（完全係合状態、半係合状態、解放状態）を検知可能である。

シフトアクチュエータ位置センサ１９ｃは、例えば、シフトアクチュエータ３８の回転角に応じた電圧信号を出力するポテンショメータによって構成される。制御装置１０は、シフトアクチュエータ位置センサ１９ｃの出力信号に基づいて、移動ギア７の現在位置や移動速度、現在の変速段などを検知可能である。

シフトカム位置センサ１９ｄは、例えば、シフトカム３３（図２を参照）の回転角に応じた電圧信号を出力するポテンショメータによって構成される。制御装置１０は、シフトカム位置センサ１９ｄの出力信号に基づいて、移動ギア７の現在位置や移動速度、現在の変速段などを検知可能である。

制御装置１０はＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などのメモリとを備えている。

図５は、制御装置１０の機能構成例を表すブロック図である。制御装置１０は、変速指令受付部１０１と、移動ギア制御部１０２と、クラッチ制御部１０３と、ギア位置情報取得部１０４と、係合状態判定部１０５と、ギア速度情報取得部１０６と、クラッチ位置情報取得部１０７と、を備えている。制御装置１０に含まれる各部は、制御装置１０のＣＰＵがメモリに格納されたプログラムを実行することで実現される。

変速指令受付部１０１は、シフトスイッチ１９ａから出力された変速指令を受付け、この変速指令を移動ギア制御部１０２及びクラッチ制御部１０３に出力する。

移動ギア制御部１０２は、変速指令受付部１０１から変速指令を受付けると、変速機構３０で設定される変速段が変速指令に応じたものに切り替わるように、シフトアクチュエータ３８を駆動する。具体的には、移動ギア制御部１０２は、入力信号をパルス幅変調（Pulse Width Modulation：ＰＷＭ）信号に変換するパルス幅変調器を含んでおり、シフトアクチュエータ３８をＰＷＭ制御する。パルス幅変調器は、シフトアクチュエータ３８の出力目標値に対応するデューティ比のＰＷＭ信号を生成する。これに限られず、移動ギア制御部１０２は、出力目標値に対応する大きさの電圧をシフトアクチュエータ３８に供給してもよい。

クラッチ制御部１０３は、変速指令受付部１０１から変速指令を受付けると、変速機構３０の変速段の設定が行えるように、クラッチアクチュエータ４９を駆動してクラッチ４０を解放状態にする。クラッチ制御部１０３も、クラッチアクチュエータ４９をＰＷＭ制御する。

ギア位置情報取得部１０４は、シフトカム位置センサ１９ｄの出力信号に基づいて移動ギア７の位置情報を取得し、この位置情報を移動ギア制御部１０２及び係合状態判定部１０５に出力する。なお、これに限られず、シフトアクチュエータ位置センサ１９ｃの出力信号に基づいて移動ギア７の位置情報を取得してもよい。

係合状態判定部１０５は、移動ギア７の位置情報に基づいて、移動ギア７がドグ抜き段階、ドグ当たり段階及びドグ入り段階の何れの段階にあるかを判定する。何れの段階にあるかは、例えば、ドグ抜き段階、ドグ当たり段階及びドグ入り段階に対応する各々の閾値と、シフトアクチュエータ位置センサ１９ｃ又はシフトカム位置センサ１９ｄの信号値との関係に基づいて判定される。

ギア速度情報取得部１０６は、シフトカム位置センサ１９ｄの出力信号に基づいて移動ギア７の速度情報を取得し、この速度情報を移動ギア制御部１０２に出力する。なお、これに限られず、シフトアクチュエータ位置センサ１９ｃの出力信号に基づいて移動ギア７の速度情報を取得してもよい。

クラッチ位置情報取得部１０７は、クラッチセンサ１９ｂの出力信号に基づいて、クラッチ４０の状態（完全係合状態、半係合状態、解放状態）を表す情報を取得し、この情報をクラッチ制御部１０３に出力する。

図６は、制御装置１０の動作例を表すフローチャートである。図７は、制御装置１０の動作例を表すタイミングチャートである。図７では、図６に示されるＳ１〜Ｓ６の処理に対応する部分を表している。

図７において、上段の（ａ）は、シフトアクチュエータ３８の回転角を表している。中段の（ｂ）は、シフトカム３３の回転角を表している。上段の（ａ）及び中段の（ｂ）において、横軸は時間を表し、縦軸は回転角を表している。シフトアクチュエータ３８及びシフトカム３３の回転角は、ドグ抜き段階の位置Ｌ１（図３Ａを参照）から、ドグ当たり段階の位置Ｌ２（図３Ｂを参照）を経て、ドグ入り段階の位置Ｌ３（図３Ｂを参照）まで変化する。シフトアクチュエータ３８及びシフトカム３３は、剛性体であるシフトロッド３７で連結されているため、回転角の変化プロファイルが類似している。但し、回転角の変化タイミングは完全には一致していない。また、図７において、下段の（ｃ）は、シフトアクチュエータ３８に与えるＰＷＭ信号のデューティ比を表している。下段において、横軸は時間を表し、縦軸はデューティ比を表している。デューティ比は、−１００％〜＋１００％の間で変化する。

始めに、移動ギア制御部１０２はドグ抜き制御を開始する（Ｓ１）。ドグ抜き制御において、移動ギア制御部１０２は、シフトアクチュエータ３８に正の電圧を出力する。ここで、正の電圧とは、移動ギア７に対して第２の固定ギア６に向かう方向の力を与える電圧である。具体的には、ドグ抜き制御において、移動ギア制御部１０２は、ドグ当たり段階の位置Ｌ２を移動ギア７の目標位置として、移動ギア７の目標位置と現在位置との差分に応じたデューティ比のＰＷＭ信号を出力する。このため、ドグ抜き制御の開始当初には、最大デューティ比（例えば１００％）の正のＰＷＭ信号が出力される。そして、移動ギア７及び第１の固定ギア５のドグ部７２，５２同士の係合が解除されると、移動ギア７が第２の固定ギア６に近付くに従ってＰＷＭ信号のデューティ比が減少する。これによると、ドグ部７２，５２同士の係合を解除する力を確保しつつも、解除後に移動ギア７の移動速度を抑制することが可能である。なお、この態様に限られず、ドグ抜き制御期間においてＰＷＭ信号は、常に最大デューティ比であってもよいし、所定時間経過後に最大デューティ比から徐々に低下してもよい。

係合状態判定部１０５は、ドグ抜き段階の完了を監視しており（Ｓ２）、ドグ抜き段階の完了を判定したときに（Ｓ２：ＹＥＳ）、その旨を移動ギア制御部１０２に通知する。係合状態判定部１０５は、例えば、シフトカム３３が予め定められたドグ抜き判定位置Ｌｄに到達したときに、ドグ抜き段階の完了を判定する。

なお、この態様に限られず、係合状態判定部１０５は、シフト動作開始からの時間を計時し、シフト動作開始からの時間が予め定められたドグ抜き判定時間に到達したときに、ドグ抜き段階の完了を判定してもよい。シフト動作開始からの時間は、移動ギア７に対して第２の固定ギア６に向かう方向の力を与えた時間を表す。

移動ギア制御部１０２は、係合状態判定部１０５からドグ抜き段階の完了の通知を受け付けると、制動制御を実行する（Ｓ３）。制動制御において、移動ギア制御部１０２は、シフトアクチュエータ３８に負の電圧を出力する。ここで、負の電圧とは、移動ギア７に対して第２の固定ギア６に向かう方向とは逆方向の力（以下、制動力という。）を与える電圧である。このようにドグ抜き段階が完了した後に移動ギア７に制動力を与えることで、移動ギア７がドグ当たり段階の位置Ｌ２に到達する前までに移動ギア７の移動速度を低減して、移動ギア７のドグ部７４が第２の固定ギア６のドグ部６４に衝突する衝撃を弱めることが可能となる。

制動制御における負のＰＷＭ信号のデューティ比ｄ（制動デューティ比）、及び制動制御の実行時間ｔ（制動時間）の長さの少なくとも一方は、例えば、ギア速度情報取得部１０６から供給される移動ギア７の速度情報に基づいて決定されてもよい。移動ギア７の第２の固定ギア６に向かう移動速度が高いほど、制動デューティｄを大きくする（すなわち、移動ギア７に与える制動力を大きくする）ことで、移動ギア７の移動速度を十分に低減することが可能である。また、移動ギア７のドグ部７４が第２の固定ギア６のドグ部６４に衝突するときの衝撃の均一化を図ることも可能である。なお、制動時間ｔを長くしても同様の効果を得ることが可能である。

制動制御を開始してから所定の時間が経過すると（Ｓ４：ＹＥＳ）、移動ギア制御部１０２は制動制御を終了し、ドグ押付け制御を開始する（Ｓ５）。ドグ押付け制御において、移動ギア制御部１０２は、ドグ入り段階への移行を早めるため、シフトアクチュエータ３８に正の電圧を出力する。具体的には、移動ギア制御部１０２は、最大値よりも小さいデューティ比の正のＰＷＭ信号を出力する。これにより、移動ギア７に対して第２の固定ギア６に向かう方向の押付け力が与えられ、移動ギア７のドグ部７４の第２の固定ギア６の挿入部６９への挿入が促進される。

係合状態判定部１０５は、ドグ入り段階の完了を監視しており（Ｓ６）、ドグ入り段階の完了を判定したときに（Ｓ６：ＹＥＳ）、その旨をクラッチ制御部１０３に通知する。係合状態判定部１０５は、例えば、シフトカム３３が予め定められたドグ入り段階の位置Ｌ３に到達したときに、ドグ入り段階の完了を判定する。

クラッチ制御部１０３は、係合状態判定部１０５からドグ入り段階の完了の通知を受け付けると、変速ショックを低減するための半クラッチ制御を実行する（Ｓ７）。すなわち、クラッチ制御部１０３は、クラッチ４０を半係合状態にする信号をクラッチアクチュエータ４９に出力し続ける。

半クラッチ制御を開始した後、クラッチ４０の回転速度差が０に近づくと（Ｓ８：ＹＥＳ）、移動ギア制御部１０２は、シフトアクチュエータ３８の回転角を元の位置まで戻すシフト戻し制御を開始する。また、クラッチ制御部１０３はクラッチ４０を完全係合状態にする。シフト戻し制御が完了し、クラッチ４０が完全係合状態になったら（Ｓ１０：ＹＥＳ）、変速処理が終了する。

以上に説明した実施形態において、位置情報取得部１０４は移動ギア７の位置を表す位置情報を取得し、係合状態判定部１０５は位置情報に基づいて、第１の固定ギア５及び移動ギア７のドグ部５２，７２同士の係合が解除されたか否かを判定する。そして、移動ギア制御部１０２は、第１の固定ギア５及び移動ギア７のドグ部５２，７２同士の係合が解除されたと判定された後に、移動ギア７に制動力を与える。これによると、移動ギア７に制動力を与えるタイミングを、移動ギア７及び第２の固定ギア６のドグ部７４，６４同士が接触する前にすることが容易である。

また、上記実施形態において、位置情報取得部１０４は、シフトアクチュエータ３８の回転角の情報を、位置情報として取得する。これによると、移動ギア７の位置を直接的に検知する構成を設けなくても、移動ギア７の位置情報を取得することが可能である。

また、上記実施形態において、位置情報取得部１０４は、シフトカム３３の回転角の情報を、位置情報として取得する。これによると、移動ギア７の位置を直接的に検知する構成を設けなくても、移動ギア７の位置情報を取得することが可能である。

また、上記実施形態において、移動ギア制御部１０２は、移動ギア７が第２のギアに向かって移動し始めてから予め定められた時間が経過した後に、移動ギア７に逆方向の力を与える。これによると、移動ギア７の位置情報を用いなくても、移動ギア７及び第２の固定ギア６のドグ部７４，６４同士が接触する前に、移動ギア７に制動力を与えることが可能である。

また、上記実施形態において、ギア速度情報取得部１０６は、移動ギア７の移動速度を表す速度情報を取得し、移動ギア制御部１０２は、移動ギア７の移動速度に応じて制動力の大きさを決定する。これによると、移動ギア７の移動速度が高くても、移動ギア７及び第２の固定ギア６のドグ部７４，６４同士が接触する前に、移動ギア７の移動速度を十分に低減することが可能である。

また、上記実施形態において、ギア速度情報取得部１０６は、移動ギア７の移動速度を表す速度情報を取得し、移動ギア制御部１０２は、移動ギア７の移動速度に応じて制動力を与える時間の長さを決定する。これによると、移動ギア７の移動速度が高くても、移動ギア７及び第２の固定ギア６のドグ部７４，６４同士が接触する前に、移動ギア７の移動速度を十分に低減することが可能である。

［第１変形例」
図８は、第１変形例の動作例を表すタイミングチャートである。以下、上記動作例と重複する点については詳細な説明を省略する。

本例において、移動ギア制御部１０２は、ドグ抜き段階の完了が判定されると、予め定められた待ち時間ｔ２が経過した後に制動制御を実行する。待ち時間ｔ２は、移動ギア７がドグ当たり段階の位置に到達しない範囲で予め定められる。これによると、移動ギア７に制動力を与えるタイミングが、移動ギア７がドグ当たり段階の位置Ｌ２に到達するタイミングに近づくので、より迅速な変速制御を実現することが可能である。

［第２変形例］
図９は、第２変形例の機能構成例を表すブロック図である。図１０は、第２変形例の動作例を表すタイミングチャートである。以下、上記動作例と重複する点については詳細な説明を省略する。

本例において、制御装置１０は、移動ギア７の目標位置を演算するギア目標位置算出部１０８を備えている。移動ギア制御部１０２は、ギア目標位置算出部１０８から出力される移動ギア７の目標位置と、ギア位置情報取得部１０４から出力される移動ギア７の現在位置と、の差分に応じてシフトアクチュエータ３８の出力を変化させるフィードバック制御を実行する。フィードバック制御は、例えばＰＩＤ制御である。ここで、移動ギア７の目標位置は、移動ギア７がドグ当たり段階の位置Ｌ２に到達する前までに、移動ギア７に制動力が与えられるように設定される。例えば、移動ギア７の目標位置をドグ当たり段階の位置Ｌ２又はその近傍に設定することで、移動ギア７がドグ当たり段階の位置Ｌ２に接近する際に移動ギア７に制動力が与えられる。

これによると、本例のようなフィードバック制御においても、移動ギア７及び第２の固定ギア６のドグ部７４，６４同士が接触する前に、移動ギア７の移動速度を低減することが可能である。

なお、ギア目標位置算出部１０８は、移動ギア７がドグ当たり段階の位置Ｌ２に到達した後に、移動ギア７の目標位置をドグ入り段階の位置Ｌ３又はその近傍に更新してもよい。これによると、移動ギア７がドグ当たり段階の位置Ｌ２に到達した後に、押付け力を発生してドグ入り段階の完了を早めることが可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が当業者にとって可能であるのはもちろんである。

１ 自動二輪車、２ 前輪、３ 後輪、４ フロントフォーク、５ ステアリングシャフト、６ ステアリング、７ シート、１０ 制御装置、１１ エンジンユニット、１５ 変速装置、１９ａ シフトスイッチ、１９ｂ クラッチセンサ、１９ｃ シフトアクチュエータ位置センサ、１９ｄ シフトカム位置センサ、１ｉ〜６ｉ，１ｈ〜６ｈ，３４ｉ ギア（３４ｉ，５ｈ，６ｈ 移動ギア）、２１ａ プライマリギア、３０ 変速機構、３１ 入力軸、３２ 出力軸、３３ シフトカム、３３ｄ カム溝、３５ 係合溝、３６ シフトフォーク、３７ シフトロッド、３８ シフトアクチュエータ、３９ ドグ部、４０ クラッチ、４１ａ プライマリギア、４１ 駆動部材、４２ 従動部材、４９ クラッチアクチュエータ、５ 第１の固定ギア、５２ ドグ部、５７ 穴部、６ 第２の固定ギア、６４ ドグ部、６９ 穴部、７ 移動ギア、７２ ドグ部、７４ ドグ部、７７ 穴部、７９ 穴部、１０１ 変速指令受付部、１０２ 移動ギア制御部、１０３ クラッチ制御部、１０４ ギア位置情報取得部、１０５ 係合状態判定部、１０６ ギア速度情報取得部、１０７ クラッチ位置情報取得部、１０８ ギア目標位置算出部。

Claims (19)

1. 軸に対して相対回転可能かつ軸方向に移動不能な第１の固定ギアと、前記軸に対して相対回転可能かつ軸方向に移動不能な第２の固定ギアと、前記軸の前記第１の固定ギアと前記第２の固定ギアとの間に設けられ、前記軸に対して相対回転不能かつ軸方向に移動可能な移動ギアと、を備える変速機構であって、前記移動ギアの一方の側面に、前記第１の固定ギアの側面に形成されたドグ部と係合して前記軸の回転を前記第１の固定ギアに伝達するドグ部が形成され、前記移動ギアの他方の側面に、前記第２の固定ギアの側面に形成されたドグ部と係合して前記軸の回転を前記第２の固定ギアに伝達するドグ部が形成されるドグクラッチ式の変速機構と、
   前記移動ギアを軸方向に移動させるアクチュエータと、
   前記アクチュエータを駆動する制御装置であって、前記第１の固定ギア及び前記移動ギアのドグ部同士が係合した状態から前記移動ギアが前記第２の固定ギアに向かって移動するとき、前記第１の固定ギア及び前記移動ギアのドグ部同士の係合が解除されてから、前記移動ギア及び前記第２の固定ギアのドグ部同士が接触する位置に前記移動ギアが到達する前までに、前記移動ギアに対して前記第２の固定ギアに向かう方向とは逆方向の力を与える制御装置と、
   を備えることを特徴とする変速装置。
2. 前記制御装置は、
   前記移動ギアの位置を表す位置情報を取得し、
   前記位置情報に基づいて、前記第１の固定ギア及び前記移動ギアのドグ部同士の係合が解除されたか否かを判定し、
   前記第１の固定ギア及び前記移動ギアのドグ部同士の係合が解除されたと判定された後に、前記移動ギアに前記逆方向の力を与える、
   請求項１に記載の変速装置。
3. 前記制御装置は、前記アクチュエータの回転角の情報を、前記位置情報として取得する、
   請求項２に記載の変速装置。
4. 前記変速機構は、前記アクチュエータの回転を前記移動ギアの移動に変換するシフトカムをさらに備え、
   前記制御装置は、前記シフトカムの回転角の情報を、前記位置情報として取得する、
   請求項２に記載の変速装置。
5. 前記制御装置は、前記移動ギアが前記第２の固定ギアに向かって移動し始めてから予め定められた時間が経過した後に、前記移動ギアに前記逆方向の力を与える、
   請求項１に記載の変速装置。
6. 前記制御装置は、前記移動ギアの移動速度を表す速度情報を取得し、前記移動ギアの移動速度に応じて、前記逆方向の力の大きさを決定する、
   請求項１に記載の変速装置。
7. 前記制御装置は、前記移動ギアの移動速度を表す速度情報を取得し、前記移動ギアの移動速度に応じて、前記逆方向の力を与える時間の長さを決定する、
   請求項１に記載の変速装置。
8. 前記制御装置は、前記第１の固定ギア及び前記移動ギアのドグ部同士の係合が解除されてから予め定められた時間が経過した後に、前記移動ギアに前記逆方向の力を与える、
   請求項２に記載の変速装置。
9. 前記制御装置は、前記移動ギアの目標位置と現在位置との差分に応じた力を前記移動ギアに与え、
   前記移動ギアの目標位置は、前記移動ギア及び前記第２の固定ギアのドグ部同士が接触する前までに、前記移動ギアに前記逆方向の力が与えられるように設定される、
   請求項１に記載の変速装置。
10. 軸に対して相対回転可能かつ軸方向に移動不能な第１の固定ギアと、前記第１の固定ギアが設けられた軸に設けられ、当該軸に対して相対回転不能かつ軸方向に移動可能な第１の移動ギアと、前記第１の固定ギアが設けられた軸又はそれとは異なる軸に対して相対回転可能かつ軸方向に移動不能な第２の固定ギアと、前記第２の固定ギアが設けられた軸に設けられ、当該軸に対して相対回転不能かつ軸方向に移動可能な第２の移動ギアと、前記第１の移動ギア及び前記第２の移動ギアを軸方向に移動させるシフトカムと、を備える変速機構であって、前記第１の移動ギアの前記第１の固定ギアと対向する側面に、前記第１の固定ギアの側面に形成されたドグ部と係合して前記第１の固定ギアが設けられた軸の回転を前記第１の固定ギアに伝達するドグ部が形成され、前記第２の移動ギアの前記第２の固定ギアと対向する側面に、前記第２の固定ギアの側面に形成されたドグ部と係合して前記第２の固定ギアが設けられた軸の回転を前記第２の固定ギアに伝達するドグ部が形成されるドグクラッチ式の変速機構と、
    前記シフトカムを駆動するアクチュエータと、
    前記アクチュエータを駆動する制御装置であって、前記第１の固定ギア及び前記第１の移動ギアのドグ部同士が係合した状態から前記第２の移動ギアが前記第２の固定ギアに向かって移動するとき、前記第１の固定ギア及び前記第１の移動ギアのドグ部同士の係合が解除されてから、前記第２の移動ギア及び前記第２の固定ギアのドグ部同士が接触する位置に前記第２の移動ギアが到達する前までに、前記第２の移動ギアに対して前記第２の固定ギアに向かう方向とは逆方向の力を与える制御装置と、
    を備えることを特徴とする変速装置。
11. 前記制御装置は、
    前記第１及び第２の移動ギアの位置を表す位置情報を取得し、
    前記位置情報に基づいて、前記第１の固定ギア及び前記第１の移動ギアのドグ部同士の係合が解除されたか否かを判定し、
    前記第１の固定ギア及び前記第１の移動ギアのドグ部同士の係合が解除されたと判定された後に、前記第２の移動ギアに前記逆方向の力を与える、
    請求項１０に記載の変速装置。
12. 前記制御装置は、前記アクチュエータの回転角の情報を、前記位置情報として取得する、
    請求項１１に記載の変速装置。
13. 前記制御装置は、前記シフトカムの回転角の情報を、前記位置情報として取得する、
    請求項１１に記載の変速装置。
14. 前記制御装置は、前記第２の移動ギアが前記第２の固定ギアに向かって移動し始めてから予め定められた時間が経過した後に、前記第２の移動ギアに前記逆方向の力を与える、
    請求項１０に記載の変速装置。
15. 前記制御装置は、前記第２の移動ギアの移動速度を表す速度情報を取得し、前記第２の移動ギアの移動速度に応じて、前記逆方向の力の大きさを決定する、
    請求項１０に記載の変速装置。
16. 前記制御装置は、前記第２の移動ギアの移動速度を表す速度情報を取得し、前記第２の移動ギアの移動速度に応じて、前記逆方向の力を与える時間の長さを決定する、
    請求項１０に記載の変速装置。
17. 前記制御装置は、前記第１の固定ギア及び前記第１の移動ギアのドグ部同士の係合が解除されてから予め定められた時間が経過した後に、前記第２の移動ギアに前記逆方向の力を与える、
    請求項１１に記載の変速装置。
18. 前記制御装置は、前記第２の移動ギアの目標位置と現在位置との差分に応じた力を前記第２の移動ギアに与え、
    前記第２の移動ギアの目標位置は、前記第２の移動ギア及び前記第２の固定ギアのドグ部同士が接触する前までに、前記第２の移動ギアに前記逆方向の力が与えられるように設定される、
    請求項１０に記載の変速装置。
19. 請求項１ないし１８の何れかに記載の変速装置を備える鞍乗型車両。

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