JP5202924B2

JP5202924B2 - 車両

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Publication number: JP5202924B2
Application number: JP2007279286A
Authority: JP
Inventors: 博英松嶋; 正司坂田
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2007-10-26
Filing date: 2007-10-26
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2027-10-26
Also published as: JP2009107406A

Description

本発明は、エンジンからの回転動力を変速して出力し且つ係合状態で遊びが形成されるドッグクラッチを有する変速機を備えた車両に関するものである。

自動二輪車等の車両では、エンジン気筒内の爆発が周期的に発生することにより、一定速度で走行していても、エンジンのクランクシャフトに出力変動が生じている。このような出力変動は、自動二輪車を運転するライダーには車両前後方向の加速度変動として伝わり、乗り心地を低下させることとなる。そこで、クランクシャフトにフライホイールを取り付けて駆動系の慣性モーメントを増大させることで、エンジンの爆発行程で発生した回転出力の一部を蓄積して次の爆発行程が発生するまでの間における回転出力を補い、クランクシャフトの出力変動を抑制している（例えば、特許文献１参照）。
特開昭６２−６７３４９号公報

しかしながら、フライホイールの重量を大きくし過ぎると、加速時におけるレスポンスが低下するので、フライホイールの重量増にも限界があり、エンジンの細かな出力変動は十分に抑制されていないのが現状である。

そこで本発明は、車両走行時における出力変動を好適に低減し、ライダーの乗り心地を向上させることを目的としている。

本発明は上述のような事情に鑑みてなされたものであり、本発明に係る車両は、エンジンからの回転動力を歯車により変速して出力する変速機を備え、前記変速機には、略同一軸線上に並ぶ一対の歯車のうち一方の歯車に突設された係合部と、他方の歯車に形成された被係合部とを有するドッグクラッチが設けられ、前記ドッグクラッチが前記係合部と前記被係合部とが歯車回転方向に接離可能な状態で互いに係合される構成である車両であって、前記動力伝達系統にトルクを付加可能なトルク付加手段と、ドッグクラッチ係合状態における前記係合部と前記被係合部との歯車回転方向の相対角変位量及び／又は相対角速度を検出するドッグクラッチ状態検出手段と、前記エンジンの少なくとも１つの気筒が圧縮行程である際に、前記動力伝達系統に対して前記相対角変位量又は前記相対角速度が小さくなる方向にトルクを付加するよう前記トルク付加手段を制御し、かつ、前記ドッグクラッチ状態検出手段により圧縮行程で検出された相対角変位量及び／又は相対角速度に応じて、前記トルク付加手段で付加する前記トルクの値を設定するトルク制御手段と、を備えていることを特徴とする。

本発明者らは、鋭意研究の結果、遊びをもたせた状態で係合するドッグクラッチを有する車両では、ドッグクラッチの係合部と被係合部とが係合状態のまま相対的に角変位して互いに衝突を繰り返し、車両前後方向の加速度変動を生じさせていることを見出した。前記構成によれば、ドッグクラッチの係合部と被係合部との歯車回転方向の相対角変位量及び／又は相対角速度を検出し、その検出値に応じて前記動力伝達系統に（正又は負の）トルクを加えている。そうすると、エンジン出力の一時的な低下（例えば、燃焼行程における点火ミスや圧縮行程等）により、動力伝達上流側の歯車の回転数が下流側の歯車の回転数に対して相対的に低下することが抑制される。よって、ドッグクラッチの係合部と被係合部とが係合状態のまま相対的に大きく変位して互いに勢い良く衝突することを防止することができる。したがって、車両走行時における出力変動が低減され、ライダーの乗り心地を向上させることができる。

前記トルク制御手段は、前記トルク付加手段で付加する前記トルクの値を前記エンジンの行程周期ごとに再設定するようにしてもよい。

前記トルク制御手段は、前記エンジンの全気筒が爆発行程でない休爆区間における圧縮行程で検出された相対角変位量及び／又は相対角速度に応じて、その休爆区間の次の休爆区間の圧縮行程で付加する前記トルクの値を再設定するようにしてもよい。

前記トルク制御手段は、前記ドッグクラッチ状態検出手段で検出される相対角変位量又は相対角速度が大きくなるにつれて、相対角変位量又は相対角速度が小さくなる方向に、前記動力伝達系統に付加するトルクが大きくなるように前記トルク付加手段を制御してもよい。

前記構成によれば、ドッグクラッチ係合状態における係合部と被係合部との歯車回転方向の相対角変位量又は相対角速度に応じたトルクが前記動力伝達系統に与えられるので、ドッグクラッチの係合部と被係合部とが係合状態のまま相対的に変位して互いに勢い良く衝突するのを適切に防止することができる。

前記トルク付加手段は、前記ドッグクラッチよりも動力伝達上流側の動力伝達系統にトルクを付加可能であり、前記トルク制御手段は、前記エンジンの少なくとも１つの気筒が圧縮行程である際に、前記動力伝達系統に対してエンジンの回転速度が加速する方向の正トルクを付加するように前記トルク付加手段を制御してもよい。

前記構成によれば、圧縮行程においてエンジンによる正トルクが弱まっても、動力伝達上流側の歯車の回転数が下流側の歯車の回転数に対して相対的に低下することが抑制されるので、ドッグクラッチの係合部と被係合部とが係合状態のまま相対的に変位して互いに勢い良く衝突することを防止することができる。

前記エンジンは複数の気筒を有し、それら各気筒の各爆発行程のタイミングは不等間隔であり、前記トルク制御手段は、前記エンジンの全気筒が爆発行程でない休爆区間における圧縮行程である際に、前記動力伝達系統に対してトルクを付加するように前記トルク付加手段を制御してもよい。

前記構成によれば、最もエンジントルクの弱まるタイミングである休爆区間における圧縮行程において前記動力伝達系統にトルクが加えられ、動力伝達上流側の歯車の回転数が下流側の歯車の回転数に対して相対的に低下することを好適に抑制することができる。

本発明に係る車両は、エンジンからの回転動力を歯車により変速して出力する変速機を備え、前記変速機には、略同一軸線上に並ぶ一対の歯車のうち一方の歯車に突設された係合部と、他方の歯車に形成された被係合部とを有するドッグクラッチが設けられ、前記ドッグクラッチが前記係合部と前記被係合部とが歯車回転方向に接離可能な状態で互いに係合される構成である車両であって、前記ドッグクラッチよりも動力伝達上流側の動力伝達系統にトルクを付加可能なトルク付加手段と、ドッグクラッチ係合状態における前記係合部と前記被係合部との歯車回転方向の相対角変位量及び／又は相対角速度を検出するドッグクラッチ状態検出手段と、前記ドッグクラッチ状態検出手段により検出された相対角変位量及び／又は相対角速度に応じて、前記トルク付加手段を制御するトルク制御手段と、を備え、前記トルク付加手段は、前記動力伝達上流側にある動力伝達系統に接続された負トルク付加手段を含み、前記負トルク付加手段は、前記エンジンの全気筒が爆発行程でない休爆区間の直後の爆発行程の後に、前記動力伝達系統に対してエンジンの回転速度が減速する方向の負トルクを付加するように制御されるようにしてもよい。

前記構成によれば、不等間隔爆発エンジンでは、休爆区間における圧縮行程で動力伝達上流側の歯車の回転数が下流側の歯車の回転数よりも小さくなった後、休爆区間の直後の爆発行程により、動力伝達上流側の歯車の回転数が下流側の歯車の回転数よりも大きくなり、両歯車の回転数の大小関係が逆転するので、その後の爆発行程で負トルク付加手段により前記動力伝達系統に負トルクを加えて正トルクを弱めることで、係合部と被係合部との間の相対角速度の増加が抑制され、係合部が被係合部の内面に勢い良く衝突することを抑制することができる。

前記トルク付加手段は、前記ドッグクラッチよりも動力伝達下流側の動力伝達系統にトルクを付加可能であってもよい。

前記エンジンの全気筒が爆発行程でない休爆区間の直後の爆発行程の次の爆発行程に、前記エンジンの点火時期を遅角させる点火制御手段をさらに備えていてもよい。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ドッグクラッチの係合部と被係合部とが係合状態のまま相対的に変位して互いに勢い良く衝突することが防止され、車両走行時における出力変動が好適に低減されるので、ライダーの乗り心地を向上させることができる。

以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる方向の概念は、自動二輪車に騎乗した運転者から見た方向を基準とする。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る自動二輪車１の左側面図である。図１に示すように、自動二輪車１は前輪２と後輪３とを備え、前輪２は略上下方向に延びるフロントフォーク５の下部にて回転自在に支持され、該フロントフォーク５は、その上端部に設けられたアッパーブラケット（図示せず）と該アッパーブラケットの下方に設けられたアンダーブラケットとを介してステアリングシャフト（図示せず）に支持されている。該ステアリングシャフトはヘッドパイプ６によって回転自在に支持されている。該アッパーブラケットには左右へ延びるバー型のステアリングハンドル４が取り付けられている。

ヘッドパイプ６からは左右一対のメインフレーム７が若干下方に傾斜しながら後方へ延びており、このメインフレーム７の後部に左右一対のピボットフレーム８が接続されている。このピボットフレーム８には略前後方向に延びるスイングアーム９の前部が枢支されており、このスイングアーム９の後部に駆動輪である後輪３の車軸３８が軸支されている。ステアリングハンドル４の後方には燃料タンク１０が設けられており、この燃料タンク１０の後方に運転者騎乗用のシート１１が設けられている。

前輪２と後輪３の間では、並列２気筒のエンジンＥがメインフレーム７およびピボットフレーム８に支持された状態で搭載されている。このエンジンＥは不等間隔爆発エンジンであり、例えば、１気筒目の爆発行程から２気筒目の爆発行程までの間のクランク角が１８０°、かつ、２気筒目の爆発行程から１気筒目の爆発行程までの間のクランク角が５４０°に設定される。エンジンＥは、クランクシャフト１３を収容するクランクケース１２と、クランクケース１２の上部に接続されて並列２気筒を形成するシリンダブロック１４と、シリンダブロック１４の上部に接続されてシリンダブロック１４と共に燃焼室を形成してＤＯＨＣ型のバルブシステムが設けられたシリンダヘッド１５と、シリンダヘッド１５の上部を覆うシリンダヘッドカバー１６とを備えている。そして、クランクシャフト１３からの回転動力を変速して出力する変速機２２がクランクケース１２と一体的に設けられている。

エンジンＥのシリンダヘッド１５の後部には吸気ポート１７が開口しており、吸気ポート１７にはメインフレーム７の内側に配置されたスロットル装置１８が接続されている。スロットル装置１８の上流側には燃料タンク１０の下方に配置されたエアクリーナボックス１９が接続されており、前方からの走行風圧（ラム圧）を利用して外気を取り込む構成となっている。シリンダヘッド１５の前部には排気ポート２０が前方斜め下方へ向かって開口しており、排気ポート２０には排気管２１の上流端が接続されている。また、エンジンＥのクランクシャフト１３には、クランクシャフト１３の回転数を検出するクランクシャフト速度センサ４２が設けられていると共に、変速機２２のアウトプットシャフト３０（ドッグクラッチ付きシャフト）には、アウトプットシャフト３０の回転数を検出するアウトプットシャフト速度センサ４３が設けられている。さらに、エンジンＥには気筒内の圧力を検出する圧力センサ４９が設けられている。

図２は自動二輪車１の主に駆動系を説明する模式図である。図２に示すように、エンジンＥには、そのピストン２３のコンロッド２４と接続されたクランクシャフト１３が設けられ、このクランクシャフト１３の一端部に第１クラッチギヤ２６が設けられている。第１クラッチギヤ２６には、変速機２２のインプットシャフト２９に回転自在に外嵌された第２クラッチギヤ２７が噛合されている。このクラッチギヤ２７にはクラッチダンパ３１を有するメインクラッチ２８が付設されている。

つまり、インプットシャフト２９の端部に設けられたメインクラッチ２８が第２クラッチギヤ２７と結合された状態で、インプットシャフト２９がクランクシャフト１３と連動して回転する。インプットシャフト２９には歯車列３２を介してアウトプットシャフト３０が変速自在に結合されており、変速比が変更可能となっている。歯車列３２には、ギヤチェンジを行うための公知のドッグクラッチ３４が設けられている。アウトプットシャフト３０の端部には駆動スプロケット３５が設けられていると共に、後輪３の車軸３８には従動スプロケット３７が設けられており、その駆動スプロケット３５と従動スプロケット３７との間にチェーン３６が巻き掛けられている。

クランクシャフト１３には、その他端部に電動モータ４０（正トルク付加手段）がベルト３９を介して動力伝達可能に接続されており、電動モータ４０にはモータ制御装置４１が接続されている。モータ制御装置４１には、クランクシャフト１３の回転数を検出するクランクシャフト速度センサ４２と、アウトプットシャフト３０の回転数を検出するアウトプットシャフト速度センサ４３と、クランクシャフト１３の回転角度を検知可能なクランクシャフト角度検知センサ５５とが接続されている。モータ制御装置４１は、ドッグクラッチ状態演算部４４及びトルク制御部４５を有している。ドッグクラッチ状態演算部４４は、クランクシャフト速度センサ４２で検出されるエンジン回転数Ｅ₀（回転速度）にクランクシャフト１３からインプットシャフト２９への一次減速率αおよび変速機２２における変速率βを乗じた値Ｅ₁（＝Ｅ₀・α・β）（以下、変換後エンジン回転数と称す）と、アウトプットシャフト速度センサ４３で検出されるアウトプットシャフト回転数ＯＳ（回転速度）との差（Ｅ₁−ＯＳ）である相対角速度Ｖを求めると共に、ドッグクラッチ状態演算部４４は、その相対角速度Ｖを積分して相対角変位量δを求める。

これにより、後で詳述するドッグクラッチ３４の係合凸部５０ａと被係合凹部５１ａとの歯車回転方向における相対角変位量及び相対角速度が求められることとなる。即ち、クランクシャフト速度センサ４２とアウトプットシャフト速度センサ４３とドッグクラッチ状態演算部４４とによりドッグクラッチ状態検出手段４６が構成されている。また、クランクシャフト角度検知センサ５５及びモータ制御装置４１のドッグクラッチ状態演算部４４には、エンジンＥの各気筒に対する点火動作を制御する点火制御装置４７が接続されている。

図３は図１に示す自動二輪車１のドッグクラッチ３４を説明する模式図である。図３に示すように、アウトプットシャフト３０の外周面には、軸線方向に溝切りされたスプライン３０ａが形成され、一方の歯車５０はスプライン３０ａに噛み合った状態でアウトプットシャフト３０に外嵌されている。つまり、一方の歯車５０は、アウトプットシャフト３０の軸線方向にスライド自在で且つアウトプットシャフト３０と一体的に回転する。他方の歯車は、アウトプットシャフト３０に対して相対回転可能に外嵌されている。

ドッグクラッチ３４は、アウトプットシャフト３０上に近接／離反可能に並ぶ２つの歯車５０，５１のうち一方の歯車５０の軸方向端面に突設された係合凸部５０ａ（係合部）と、他方の歯車５１に係合凸部５０ａと対向するように形成された被係合凹部５１ａ（被係合部）とを有している。そして、シフトフォーク５２により、一方の歯車５０がアウトプットシャフト３０に沿ってスライドされることで、両歯車５０，５１の軸方向の距離が変更され、係合状態と非係合状態とが切り換えられる構成となっている。また、ドッグクラッチ３４は、係合凸部５０ａが被係合凹部５１ａに係合した状態で、係合凸部５０ａと被係合凹部５１ａとの間には回転方向に相対変位可能となる隙間５３が形成されている。よって、被係合凹部５１ａの軸回転方向の一方の壁面５１ｂが係合凸部５０ａに当接した状態で、一方の歯車５０がインプットシャフト２９の歯車４８により回転させられると、他方の歯車５１も回転する。このようにして、動力伝達上流側の歯車５１から動力伝達下流側の歯車５０に回転動力が伝達されるようになっている。なお、以下では、被係合凹部５１ａの軸回転方向の一方の壁面５１ｂを加速側の壁面５１ｂと称し、軸回転方向の他方の壁面５１ｃを減速側の壁面５１ｃと称することとする。

次に、自動二輪車１の制御について説明する。図４は図１に示す自動二輪車１の制御を説明するフローチャートである。図２及び４に示すように、まず、モータ制御装置４１のトルク制御部４５は、エンジンＥの休爆区間における圧縮行程で電動モータ４０によりクランクシャフト１３に加える正トルク値を所定の値に初期設定する（ステップＳ１）。なお、休爆区間とは、エンジンＥの全気筒が爆発行程でない区間のことを意味している。次いで、トルク制御部４５は、クランクシャフト角度検知センサ５５からの情報で休爆区間における圧縮行程が発生するタイミングであるか否かを判断する（ステップＳ２）。休爆区間における圧縮行程であると判断されると、トルク制御部４５は、その圧縮行程の間だけ予め設定された値の正トルクを電動モータ４０によりクランクシャフト１３に対して加えさせる。

また、モータ制御装置４１のドッグクラッチ状態演算部４４は、その休爆区間における圧縮行程で、前述した変換後エンジン回転数Ｅ₁とアウトプットシャフト回転数ＯＳとの差である相対角速度Ｖを取得する（ステップＳ４）。これにより、ドッグクラッチ３４の係合凸部５０ａと被係合凹部５１ａとの歯車回転方向における相対角速度Ｖが求められることとなる。

さらに、ドッグクラッチ状態演算部４４は、その相対角速度Ｖを積分して相対角変位量δも取得する（ステップＳ５）。これにより、ドッグクラッチ３４の係合凸部５０ａと被係合凹部５１ａとの歯車回転方向における相対角変位量δ（相対位置）が求められることとなる。次いで、トルク制御部４５は、ステップＳ４で得られた相対角速度ＶとステップＳ５で得られた相対角変位量δとに基づいて、次回の休爆区間における圧縮行程でクランクシャフトに加える正トルク値を求めて再設定する（ステップＳ６）。

具体的には、ステップＳ６では以下の数式１により正トルク値Ｍを求める。なお、数式１において、α（０≦α≦１）は重み係数である。また、関数ｆ₁（ｘ）は、相対角変位量ｘから正トルク値を求める関数であり、ドッグクラッチ状態演算部４４で求められる係合凸部５０ａと被係合凹部５１ａとの間の相対角変位量δが大きくなるにつれて値が大きくなる関数である。さらに、ｇ₁（ｘ）は相対角速度から正トルク値を求める関数であり、ドッグクラッチ状態演算部４４で求められる係合凸部５０ａと被係合凹部５１ａとの間の相対角速度Ｖが大きくなるにつれて値が大きくなる関数である。

［数１］
Ｍ₁＝α・ｆ₁（δ）＋（１−α）・ｇ₁（Ｖ）
次いで、点火制御装置４７は、休爆区間の直後の１気筒目の爆発行程の次の２気筒目の爆発行程である否かを判断する（ステップＳ７）。２気筒目の爆発行程であると判断された場合には、点火制御装置４７は、エンジンＥの点火時期を遅角させる遅角制御を行う（ステップＳ８）。

具体的には、ステップ８では以下の数式２により遅角量Lを求める。なお、数式２において、β（０≦β≦１）は重み係数である。また、関数ｆ₂（ｘ）は、相対角変位量ｘから遅角量を求める関数であり、相対角変位量δが大きくなるにつれて値が大きくなる関数である。さらに、ｇ₂（ｘ）は相対角速度から遅角量を求める関数であり、相対角速度Ｖが大きくなるにつれて値が大きくなる関数である。

［数２］
L＝β・ｆ₂（δ）＋（１−β）・ｇ₂（Ｖ）
そして、ステップＳ８の後は再びステップＳ２に戻り、フィードバック制御を行うようになっている。

次に、自動二輪車の加速走行時における各種時系列データを本発明と比較例とを比べて説明する。まず、分かり易さのために比較例から先に説明する。図５は比較例の自動二輪車の加速走行時における各種時系列データを表したグラフである。図６は図５の比較例のグラフにおけるドッグクラッチの状態を説明する模式図である。本比較例は、電動モータ４０及びモータ制御装置４１が存在しない従来の自動二輪車であり、他の構成は本発明と同様である。

図５では、上から順に、エンジントルクの時系列グラフと、エンジンＥ、アウトプットシャフト３０及びタイヤ５８の各種回転数の時系列グラフと、ドッグクラッチ３４の一対の歯車５０，５１の回転方向における相対角変位量の時系列グラフとが並べて示されている。なお、図５は、変速機２２のギヤポジションが６速でスロットル開度が約２０％の状態における加速走行時のデータである。

エンジントルクの時系列グラフでは、エンジンＥの気筒に設けられた圧力センサ４９の出力により、加速走行時においてピストン２３に負荷される力を求めることで得られるエンジントルクが示されている。各種回転数の時系列グラフでは、クランクシャフト１３のクランクシャフト速度センサ４２で検出されるエンジン回転数Ｅ₀に、クランクシャフト１３からインプットシャフト２９への一次減速率αおよび変速機２２における変速率βを乗じた値Ｅ₁（＝Ｅ₀・α・β）（以下、変換後エンジン回転数と称す）と、アウトプットシャフト３０のアウトプットシャフト速度センサ４３で検出されるアウトプットシャフト回転数ＯＳと、シャーシダイナモ装置（図示せず）で検出されるタイヤ５８の回転数Ｗ₀に、スプロケット３５，３７及びチェーン３６で二次減速される際の二次減速率γの逆数（１／γ）を乗じた値Ｗ₁（＝Ｗ₀／γ）（以下、変換後タイヤ回転数と称す）とが示されている。即ち、各種回転数の時系列グラフにおいて、仮にクランクシャフト１３が無変動の一定の回転数である場合には、変換後エンジン回転数Ｅ₁、アウトプットシャフト回転数ＯＳ及び変換後タイヤ回転数Ｗ₁が同一となるように、クランクシャフト１３、アウトプットシャフト３０及びタイヤ５８の回転数にそれぞれ対応する変速比を乗算している。

ドッグクラッチ３４の相対角変位量δの時系列グラフでは、ドッグクラッチ３４の係合凸部５０ａを有する一方の歯車５０と被係合凹部５１ａを有する他方の歯車５１との間の相対角変位量δが示されている。この相対角変位量δは、変換後エンジン回転数Ｅ₁とアウトプットシャフト回転数ＯＳとの差（ＯＳ−Ｅ₁）を積分することで求められている。このグラフ中の縦軸は、図６に示す係合凸部５０ａが被係合凹部５１ａの加速側の壁面５１ｂに接触した状態をＡ[ｄｅｇ]とし、係合凸部５０ａが被係合凹部５１ａの減速側の壁面５１ｃに接触した状態を−Ａ[ｄｅｇ]とし、係合凸部５０ａが被係合凹部５１ａの内部空間における中央に位置した状態を０[ｄｅｇ]としている。したがって、係合凸部５０ａが被係合凹部５１ａに係合した状態で、周方向に±Ａ[ｄｅｇ]角変位可能となるように、係合凸部５０ａと被係合凹部５１ａとが形成されている。ここで、角度Ａは、予め設定される値であり、例えば１０[ｄｅｇ]である。

図５中のＡ時点では、エンジンＥの２気筒目が爆発行程となった後であり、エンジントルクが大きく、変換後エンジン回転数Ｅ₁とアウトプットシャフト回転数ＯＳとの間に差が殆どなく、ドッグクラッチ３４の相対角変位量δは、上記Ａ[ｄｅｇ]であって、相対角変位量の時間変化がゼロとなっている。このＡ時点におけるドッグクラッチ３４は、図６に示すように、係合凸部５０ａが被係合凹部５１ａの加速側の壁面５１ｂに接触して押された状態となっている。

図５のＢ時点では、エンジンの休爆区間において前回の爆発行程から時間をあけて圧縮行程が行われることにより負トルクが生じており、変換後エンジン回転数Ｅ₁がアウトプットシャフト回転数ＯＳに比べて大きく低下している。このＢ時点におけるドッグクラッチ３４は、図６に示すように、係合凸部５０ａが被係合凹部５１ａの加速側の壁面５１ｂに接触しているものの、被係合凹部５１ａの壁面５１ｂが係合凸部５０ａを押す際の接触圧はゼロに近くなっており、その直後に係合凸部５０ａが被係合凹部５１ａから離反し始める。

図５のＣ時点では、エンジンＥの１気筒目が爆発行程となった後であり、その直前に変換後エンジン回転数Ｅ₁がアウトプットシャフト回転数ＯＳに比べて大きく低下しているため、ドッグクラッチ３４が大きく相対変位している。このＣ時点では、図６に示すように、係合凸部５０ａは、被係合凹部５１ａの加速側の壁面５１ｂから歯車回転方向に離反して内部空間の中央付近まで相対移動してしまっている。

図５のＤ時点では、１気筒目の爆発行程に続いて２気筒目の爆発行程が行われるため、変換後エンジン回転数Ｅ₁が、アウトプットシャフト回転数ＯＳに比べて大きく増加し、ドッグクラッチ３４の相対角変位量が元のＡ[ｄｅｇ]に戻っている。このＥ時点では、図６に示すように、係合凸部５０ａが、再び被係合凹部５１ａの加速側の壁面５１ｂに接触した状態に戻っている。この際、係合凸部５０ａは、被係合凹部５１ａの内部空間５３の中央付近から戻って加速側の壁面５１ｂに当接するので、加速側の壁面５１ｂに勢いよく衝突することとなる。

このように、図５の比較例では、加速走行時においてドッグクラッチ３４の互いに係合した一対の歯車５０，５１の相対角変位量δが大きくなることで、図５及び図６におけるＣ時点からＤ時点に移行する際に、係合凸部５０ａが被係合凹部５１ａの加速側の壁面５１ｂに勢いよく衝突し、アウトプットシャフト回転数ＯＳ（図５）を瞬間的に急増させることとなる。

次に、これと比較するように本発明の自動二輪車１について説明する。図７は図１に示す自動二輪車１の加速走行時における各種時系列データを表したグラフである。

図７のＢ時点では、エンジントルクのグラフにおいて、エンジンＥの爆発行程から時間をあけて圧縮行程が行われることによる負トルクが生じている。しかし、モータトルクのグラフにおいて電動モータ４０によりクランクシャフト１３に正トルクが加えられているので、変換後エンジン回転数Ｅ₁とアウトプットシャフト回転数ＯＳとの差は低減されている。

図７のＥ時点では、その直前に変換後エンジン回転数Ｅ₁がアウトプットシャフト回転数ＯＳに比べて若干低下しているため、ドッグクラッチ３４の相対角が相対変位しているものの、その量は僅かである。つまり、このＥ時点では、係合凸部５０ａが被係合凹部５１ａの加速側の壁面５１ｂからほんの少しだけ離れることになる。

図７のＦ時点では、１気筒目の爆発行程が行われたために、変換後エンジン回転数Ｅ₁がアウトプットシャフト回転数ＯＳに比べて増加し、ドッグクラッチ３４の相対角変位量δが元に戻っている。つまり、このＦ時点では、係合凸部５０ａが再び被係合凹部５１ａの加速側の壁面５１ｂに接触した状態に戻ることとなる。この際、直前のＥ時点で相対角変位量δが小さく抑えられているので、係合凸部５０ａは、被係合凹部５１ａの加速側の壁面５１ｂに対して大きな衝撃を与えることなく当接することとなる。さらに、このＦ時点では、２気筒目の爆発行程の点火時期について遅角制御が行われているので、２気筒目の爆発行程のトルクが若干低下し、係合凸部５０ａが被係合凹部５１ａの加速側の壁面５１ｂに当接する瞬間の互いの相対角速度が低減され、当接時におけるショックが大幅に低減されている。

以上に説明した構成によれば、ドッグクラッチ３４の係合凸部５０ａと被係合凹部５１ａとの歯車回転方向の相対角変位量δ及び相対角速度Ｖを検出し、その検出値δ，Ｖに応じてクランクシャフト１３に対して電動モータ４０により正トルクを加えている。そうすると、休爆区間における圧縮行程でのエンジン出力の一時的な低下により、動力伝達上流側の歯車５０の回転数が下流側の歯車５１の回転数に対して相対的に低下することが抑制される。よって、ドッグクラッチ３４の係合凸部５０ａと被係合凹部５１ａとが係合状態のまま相対的に大きく変位して互いに勢い良く衝突することを防止することができる。したがって、自動二輪車１の加速走行時における細かな出力変動が低減され、ライダーの乗り心地を向上させることができる。

また、点火制御装置４７は、エンジンＥの休爆区間の直後の１気筒目の爆発行程の次の２気筒目の爆発行程に、エンジンＥの点火時期を遅角させる遅角制御を行っている。よって、休爆区間の直後の爆発行程により、動力伝達上流側の歯車５０の回転数と下流側の歯車５１の回転数との大小関係が逆転しても、その次の２気筒目の爆発行程で点火遅角を実施してエンジントルクを弱めることで、係合凸部５０ａと被係合凹部５１ａとの間の相対角速度の増加が抑制され、係合凸部５０ａが被係合凹部５１ａの内面に勢い良く衝突することを防止することができる。

なお、本実施形態では、休爆区間における圧縮行程にのみ電動モータ４０による正トルクをクランクシャフト１３に加えているが、ドッグクラッチ３４に歯車回転方向の相対変位が生じるときであれば、他のタイミングに加えてもよい。例えば、エンジンＥの爆発行程における点火ミスによりエンジントルクが低下し、ドッグクラッチ３４の両歯車５０，５１の相対角が変位したときに、電動モータ４０による正トルクをクランクシャフト１３に加えてもよい。さらに、本実施形態では、電動モータ４０による正トルクをクランクシャフト１３に加えているが、インプットシャフト２９に加えてもよい。また、本実施形態では、ドッグクラッチ３４の相対角変位量と相対角速度の両方を検出して正トルク値の決定に用いているが、いずれか一方のみを用いてもよい（数式１の重み係数αを０又は１とした状態）。また、本実施形態のドッグクラッチ３４は、一方の歯車５０の凸部５０ａと他方の歯車５１の凹部５１ａとにより係合する構成であるが、一方の歯車の凸部を他方の歯車の凸部が回転方向に押すように係合する構成であってもよい。さらに、係合凸部５０ａを動力伝達上流側とし、係合凹部５１ａを動力伝達下流側とするようにドッグクラッチを構成してもよい。

また、電動モータ４０は、ドッグクラッチ３４の相対角変位量又は相対角速度が小さくなる方向にクランクシャフト１３に対して減速方向の負トルクを加える構成としてもよい。さらに、ドッグクラッチ３４の相対角変位量又は相対角速度が所定値を超えた場合に、クランクシャフト１３に正トルクを加える構成としてもよい。また、ドッグクラッチ３４の相対角変位量、相対角速度、エンジン回転数、ギヤ比などの値と、トルク付加量との関係を予め設定したデータベースまたは演算式に従って、トルクを加える構成としてもよい。

（第２実施形態）
図８は本発明の第２実施形態の自動二輪車の主に駆動系を説明する模式図である。第１実施形態との相違点は、図４のステップ８において、遅角制御を行う代わりに発電機６０による発電動作を行う点である。図８に示すように、クランクシャフト１３の他端部には、一般的な自動二輪車に搭載される発電機６０が接続されている。この発電機６０は、クランクシャフト１３の回転動力により発電するため、クランクシャフト１３に対して減速方向に作用する負トルクを発生させる負トルク付加手段の役目を果たす。

発電機６０には発電機制御装置６１が接続されている。発電機制御装置６１には、クランクシャフト速度センサ４２及びアウトプットシャフト速度センサ４３が接続されている。発電機制御装置６１は、ドッグクラッチ状態演算部６２及びトルク制御部６３を有している。ドッグクラッチ状態演算部６２は、クランクシャフト速度センサ４２で検出されるクランクシャフト角度から得られるエンジン回転数Ｅ₀（回転速度）にクランクシャフト１３からインプットシャフト２９への一次減速率αおよび変速機２２における変速率βを乗じた値Ｅ₁（＝Ｅ₀・α・β）（以下、変換後エンジン回転数と称す）と、アウトプットシャフト速度センサ４３で検出されるアウトプットシャフト角度から得られるアウトプットシャフト回転数ＯＳ（回転速度）との差（Ｅ₁−ＯＳ）である相対角速度Ｖを求めると共に、ドッグクラッチ状態演算部６２は、その相対角速度Ｖを積分して相対角変位量δを求める。

トルク制御部６３は、クランクシャフト速度センサ４２からの情報で休爆区間の直後の１気筒目の爆発行程の次の２気筒目の爆発行程が発生するタイミング（図４のステップ８に相当）であると判断すると、その行程の間だけ発電機６０により所定の負トルクをクランクシャフト１３に加えさせる。その際の負トルク値Ｍ₂は、具体的には、以下の数式３により求める。なお、数式３において、関数ｆ₃（ｘ）は、相対角変位量ｘから負トルク値を求める関数であり、相対角変位量δが大きくなるにつれて値が大きくなる関数である。さらに、ｇ₃（ｘ）は相対角速度Ｖから負トルク値を求める関数であり、相対角速度Ｖが大きくなるにつれて値が大きくなる関数である。なお、本実施形態では、発電機６０により負トルクを発生させているが、電動モータ４０が正トルクと負トルクの両方を発生させる構成としてもよい。

［数３］
Ｍ₂＝β・ｆ₃（δ）＋（１−β）・ｇ₃（Ｖ）
以上の構成によれば、休爆区間の直後の爆発行程により、動力伝達上流側の歯車５０の回転数と下流側の歯車５１の回転数との大小関係が逆転しても、その次の２気筒目の爆発行程で発電機６０によりクランクシャフト１３に負トルクを作用させることで、係合凸部５０ａと被係合凹部５１ａとの間の相対角速度Ｖの増加が抑制され、係合凸部５０ａが被係合凹部５１ａの内面に勢い良く衝突することを大幅に抑制することができる。なお、他の構成は前述した第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

（第３実施形態）
図９は本発明の第３実施形態の自動二輪車の主に駆動系を説明する模式図である。第１実施形態との相違点は、電動モータ４０によりクランクシャフト１３に正トルクを加える代わりに、ブレーキ装置７０（トルク付加手段）がアウトプットシャフト３０に負トルクを作用させる点である。図９に示すように、アウトプットシャフト３０の他端部にはブレーキ装置７０が接続されている。このブレーキ装置７０にはブレーキ制御装置７１が接続されている。ブレーキ制御装置７１には、クランクシャフト速度センサ４２及びアウトプットシャフト速度センサ４３が接続されている。

ブレーキ制御装置７１は、ドッグクラッチ状態演算部７２及びトルク制御部７３を有している。ドッグクラッチ状態演算部７２は、クランクシャフト速度センサ４２で検出されるクランクシャフト角度から得られるエンジン回転数Ｅ₀（回転速度）にクランクシャフト１３からインプットシャフト２９への一次減速率αおよび変速機２２における変速率βを乗じた値Ｅ₁（＝Ｅ₀・α・β）（以下、変換後エンジン回転数と称す）と、アウトプットシャフト速度センサ４３で検出されるアウトプットシャフト角度から得られるアウトプットシャフト回転数ＯＳ（回転速度）との差（Ｅ₁−ＯＳ）である相対角速度Ｖを求めると共に、ドッグクラッチ状態演算部７２は、その相対角速度Ｖを積分して相対角変位量δを求める。即ち、クランクシャフト速度センサ４２とアウトプットシャフト速度センサ４３とドッグクラッチ状態演算部７２とによりドッグクラッチ状態検出手段７４が構成されている
トルク制御部７３は、クランクシャフト速度センサ４２からの情報により休爆区間における圧縮行程が発生するタイミング（図４のステップ３に相当）であると判断すると、その行程の間だけブレーキ装置７０を作動させ、負トルクをアウトプットシャフト３０に対して加えさせる。その際のブレーキ装置７０を作動させる時間Ｔは、具体的には、以下の数式４により求める。なお、数式４において、関数ｆ₄（ｘ）は、相対角変位量ｘからブレーキ時間を求める関数であり、相対角変位量δが大きくなるにつれて値が大きくなる関数である。さらに、ｇ₄（ｘ）は相対角速度からブレーキ時間を求める関数であり、相対角速度Ｖが大きくなるにつれて値が大きくなる関数である。

［数４］
Ｔ＝α・ｆ₄（δ）＋（１−α）・ｇ₄（Ｖ）
以上の構成によれば、ドッグクラッチ３４の係合凸部５０ａと被係合凹部５１ａとの歯車回転方向の相対角変位量δ及び／又は相対角速度Ｖを検出し、その検出値δ，Ｖに応じてブレーキ装置７０によりアウトプットシャフト３０に負トルクを作用させている。そうすると、エンジン出力の一時的な低下により、動力伝達下流側の歯車５１の回転数が上流側の歯車５０の回転数に対して相対的に増加することが抑制される。よって、ドッグクラッチ３４の係合凸部５０ａと被係合凹部５１ａとが係合状態のまま相対的に大きく変位して互いに勢い良く衝突することを防止することができる。したがって、自動二輪車１の加速走行時における細かな出力変動が低減され、ライダーの乗り心地を向上させることができる。

なお、ブレーキ装置７０の代わりに他の負トルク発生装置を用いてもよく、例えば、アウトプットシャフト３０を減速回転方向に付勢するバネの付勢力の伝達を電磁クラッチでオン／オフする構成としてもよいし、モータによりアウトプットシャフト３０に減速方向の負トルクを与える構成としてもよい。また、本発明は前述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でその構成を変更、追加、又は削除することができる。

以上のように、本発明に係る車両は、車両走行時における細かな出力変動が好適に低減され、ライダーの乗り心地が向上する優れた効果を有し、この効果の意義を発揮できる自動二輪車等に広く適用すると有益である。

本発明の第１実施形態に係る自動二輪車の左側面図である。図１に示す自動二輪車の主に駆動系を説明する模式図である。図１に示す自動二輪車のドッグクラッチを説明する模式図である。図１に示す自動二輪車の制御を説明するフローチャートである。比較例の自動二輪車の加速走行時における各種時系列データを表したグラフである。図５の比較例のグラフにおけるドッグクラッチの状態を説明する模式図である。図１に示す自動二輪車の加速走行時における各種時系列データを表したグラフである。本発明の第２実施形態の自動二輪車の主に駆動系を説明する模式図である。本発明の第３実施形態の自動二輪車の主に駆動系を説明する模式図である。

符号の説明

１自動二輪車（車両）
１３クランクシャフト
２２変速機
３０アウトプットシャフト
３４ドッグクラッチ
４０電動モータ（トルク付加手段）
４１モータ制御装置
４２クランクシャフト角度センサ
４３アウトプットシャフト角度センサ
４４ドッグクラッチ状態演算部
４５トルク制御部（トルク制御手段）
４６ドッグクラッチ状態検出手段
４７点火制御装置
５０，５１歯車
５０ａ係合凸部（係合部）
５１ａ被係合凹部（被係合部）
６０発電機
６１発電機制御装置（発電機制御手段）
６２ドッグクラッチ状態演算部
６３トルク制御部
７０ブレーキ装置（トルク付加手段）
７１ブレーキ制御装置
７２ドッグクラッチ状態演算部
７３トルク制御部（トルク制御手段）
７４ドッグクラッチ状態検出手段

Claims

エンジンからの回転動力を歯車により変速して出力する変速機を備え、前記変速機には、略同一軸線上に並ぶ一対の歯車のうち一方の歯車に突設された係合部と、他方の歯車に形成された被係合部とを有するドッグクラッチが設けられ、前記ドッグクラッチが前記係合部と前記被係合部とが歯車回転方向に接離可能な状態で互いに係合される構成である車両であって、
前記ドッグクラッチを含む動力伝達系統にトルクを付加可能なトルク付加手段と、
ドッグクラッチ係合状態における前記係合部と前記被係合部との歯車回転方向の相対角変位量及び／又は相対角速度を検出するドッグクラッチ状態検出手段と、
前記エンジンの少なくとも１つの気筒が圧縮行程である際に、前記動力伝達系統に対して前記相対角変位量又は前記相対角速度が小さくなる方向にトルクを付加するよう前記トルク付加手段を制御し、かつ、前記ドッグクラッチ状態検出手段により圧縮行程で検出された相対角変位量及び／又は相対角速度に応じて、前記トルク付加手段で付加する前記トルクの値を設定するトルク制御手段と、を備えていることを特徴とする車両。
前記トルク制御手段は、前記トルク付加手段で付加する前記トルクの値を前記エンジンの行程周期ごとに再設定することを特徴とする請求項１に記載の車両。
前記トルク制御手段は、前記エンジンの全気筒が爆発行程でない休爆区間における圧縮行程で検出された相対角変位量及び／又は相対角速度に応じて、その休爆区間の次の休爆区間の圧縮行程で付加する前記トルクの値を再設定することを特徴とする請求項２に記載の車両。
前記トルク制御手段は、前記ドッグクラッチ状態検出手段で検出される相対角変位量又は相対角速度が大きくなるにつれて、相対角変位量又は相対角速度が小さくなる方向に、前記動力伝達系統に付加するトルクが大きくなるように前記トルク付加手段を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の車両。
前記トルク付加手段は、前記ドッグクラッチよりも動力伝達上流側の動力伝達系統にトルクを付加可能であり、
前記トルク制御手段は、前記エンジンの少なくとも１つの気筒が圧縮行程である際に、前記動力伝達系統に対してエンジンの回転速度が加速する方向の正トルクを付加するように前記トルク付加手段を制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の車両。
前記トルク付加手段は、前記ドッグクラッチよりも動力伝達下流側の動力伝達系統にトルクを付加可能であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の車両。
前記エンジンは複数の気筒を有し、それら各気筒の各爆発行程のタイミングは不等間隔であり、
前記トルク制御手段は、前記エンジンの全気筒が爆発行程でない休爆区間における圧縮行程である際に、前記動力伝達系統に対してトルクを付加するように前記トルク付加手段を制御することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の車両。
エンジンからの回転動力を歯車により変速して出力する変速機を備え、前記変速機には、略同一軸線上に並ぶ一対の歯車のうち一方の歯車に突設された係合部と、他方の歯車に形成された被係合部とを有するドッグクラッチが設けられ、前記ドッグクラッチが前記係合部と前記被係合部とが歯車回転方向に接離可能な状態で互いに係合される構成である車両であって、
前記ドッグクラッチよりも動力伝達上流側の動力伝達系統にトルクを付加可能なトルク付加手段と、
ドッグクラッチ係合状態における前記係合部と前記被係合部との歯車回転方向の相対角変位量及び／又は相対角速度を検出するドッグクラッチ状態検出手段と、
前記ドッグクラッチ状態検出手段により検出された相対角変位量及び／又は相対角速度に応じて、前記トルク付加手段を制御するトルク制御手段と、を備え、
前記トルク付加手段は、前記動力伝達系統に接続された負トルク付加手段を含み、
前記負トルク付加手段は、前記エンジンの全気筒が爆発行程でない休爆区間の直後の爆発行程の後に、前記動力伝達系統に対してエンジンの回転速度が減速する方向の負トルクを付加するように制御されることを特徴とする車両。
前記エンジンの全気筒が爆発行程でない休爆区間の直後の爆発行程の次の爆発行程に、前記エンジンの点火時期を遅角させる点火制御手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の車両。