JP5537928B2 - 伝動システムおよびギアシフトを行うための方法 - Google Patents

Description

本発明は、伝動システムに関し、とりわけ、瞬時式の伝動システム、この伝動システムを含んだ駆動システム、ギアシフトを行うための方法、および伝動システムを制御しギアシフトを行うように配置された伝動制御装置に関する。

瞬時伝動システムは、現在のギアを係合した状態のままで、新たなギアが選択可能なように配置されている。新たなギアが選択されると、最初のギアが解放される。こうしてシフト中、少なくとも１つのシフトタイプに関して、伝動装置の出力へとトルクが実質的に連続して与えられる。このように、従来の伝動装置では現在のギアの接続を外し、ニュートラルフェーズを通ってから新たなギアを選択する必要があるのに対して、新たなギアの選択に遅延がないため、このようなシフトは瞬時のものと呼ばれている。

ＷＯ２００４／０９９６５４、ＷＯ２００５／００５８６８、ＷＯ２００５／００５８６９、ＷＯ２００５／０２４２６１、ＷＯ２００５／０２６５７０に開示されるような、いくつかの公知の瞬時式伝動システムにおいては、特定の状況でシフトの相反やシフトの制御の問題が発生し、伝動装置の故障へとつながる。

上述の公知の伝動装置は、伝動装置の入力および出力シャフト間で駆動力を伝達するために複数のギアトレインを有する。第１のギアトレインでは、第１のギアホイールが、伝動装置の入力シャフトまたは出力シャフトのいずれかに回転可能に取り付けられ、第２のギアホイールが第１のギアホイールと噛み合った状態で他方のシャフトに固定されている。第３および第４のギアホイールからなる第２のギアトレインも、同様に配置されている。伝動装置はまた、回転可能に取り付けられたギアホイールの間に位置する少なくとも１つのギアセレクタ機構を含み、これは取り付けられたシャフトとの回転のためにそれらを選択的にロックするように配置されている。ギアトレインのギアホイールがシャフトとの回転のためにロックされると、そのギアトレインを介して駆動力が入力および出力シャフト間で伝達される。

伝動装置の構成は、駆動力がギアトレインの１つを介して入力および出力シャフト間で伝達されている時に、ギアセレクタ機構が、第１のギアトレインを最初に解放することなく、第２のギアトレインの回転可能に取り付けられたギアホイールをそのシャフトにロックすることで、パワーの掛かった状態で新たなギアトレインを選択可能であるものである。よって一瞬、駆動力は同時に２つのギアトレインを介して、入力および出力シャフト間で伝達される。そして、新たなギアトレインは第１のギアトレインをオーバードライブし、セレクタ機構が第１のギアホイールを解放する。そして駆動力は新しいギアトレインのみを介して、入力および出力シャフト間で伝達される。ギアチェンジの際にクラッチを開ける必要がないので、伝動システムはギアシフトの間、途切れなくパワーを伝える。

国際公開公報 ＷＯ２００４／０９９６５４ 国際公開公報 ＷＯ２００５／００５８６８ 国際公開公報 ＷＯ２００５／００５８６９ 国際公開公報 ＷＯ２００５／０２４２６１ 国際公開公報 ＷＯ２００５／０２６５７０

瞬時ギアセレクタ機構は一般的に、それと関連する回転可能に取り付けられたギアホイールのそれぞれに関して４つの動作モードを有する：
両トルク方向で完全に係合（完全にギアが入る）、
両トルク方向で解放（ニュートラル）、
順トルク方向で係合、逆トルク方向で解放、
順トルク方向で解放、逆トルク方向で係合。

最後の２つのモードは、不連続な比を持つギアボックスが、トルクを途切れさすことなく負荷の掛かった状態で、瞬時に比を上げ下げする能力を有することを可能にする。実施の形態によっては、ニュートラル位置は必要ない。

しかし、複数のセレクタ組立体を含み最後の２つの動作モードを有する公知の伝動装置には固有の故障モードがあり、新たなギアを選択するのに両方のセレクタ組立体を動作させる必要がある。すなわち、ある状況では２個のギアが、同時に反対のトルク方向に係合する可能性があり、これはシフトのタイプによっては、伝動装置がロックアップしたり、係合部材が暴れ回る原因となる。

例えば、伝動装置は、一般的に少なくとも３つのギアトレインを含み、４〜６つのギアトレインを含むこともある。４つのギアトレインを持ち、すべてのセレクタ機構が同じシャフト上に取り付けられる従来のレイアウトの伝動装置は、一般的に２つの瞬時ギアセレクタ機構を必要とする。第１のギアセレクタ機構は、第１および第２のギアトレインと選択的に係合するように配置され、第２のギアセレクタ機構は、第３および第４のギアトレインと選択的に係合するように配置されている。各ギアセレクタ機構は、トルク伝達方向が逆向きに固定された両端を有する第１および第２の係合部材セットを含む。これは、シフトがセレクタ機構の一方の側のギアから同じセレクタ機構の他方の側のギアである場合、例えば、第１のセレクタ機構が第１および第２のギア間で選択を行う場合、あるいは第２のセレクタ機構が第３および第４のギア間で選択を行う場合の、上述の故障モードに対する固有のフェイルセーフ構成を提供する。

上述の故障モードは、ギアシフトが、ギアセレクタ機構の１つによって係合可能なギアから他のギアセレクタ機構によって係合可能なギアへの場合にのみ、例えば、上述の４速伝動装置における第２と第３のギア間で切り替えるときに発生するが、なぜならこれが第１および第２のギアセレクタ機構の両方の動きを必要とするためである。

公知の瞬時ギアセレクタ機構の大半は、いわゆる「デュアル・フォーク」配置を含む係合部材の動作を制御するためのアクチュエータ組立体を含む。すなわち、両係合部材セットが、第１のセットの動きを制御するための第１の部分と第２のセットの部材の動きを制御するための第２の部分（デュアル）を有する単一のフォークによって制御される。よって、一度の作動が、第１および第２の係合部材セットにある程度独立した動きを許容しながら、両係合部材セットの動き／動作に影響をもたらす。例えば、一度の動作が、１つのセットをギアホイールとの係合を解除するように動かし、一方で他のセットはギアホイールと係合したままである。本発明者らはこの配置が、新たなギアの選択が２つ以上のギアセレクタ機構の動きを必要とする時に発生するギア選択の相反の大きな原因であることを突き止めた。

ＷＯ２００６／１２３１２８は、ある種の相反シフト発生を防止するためのブロック機構を含む伝動システムを有することでこの問題に対処しているが、開示されたシステムは、伝動装置の重量ならびに慣性をかなり大きくしている。

ＷＯ２００５／０２６５７０に開示された伝動システムは、理論的には問題の対処に利用可能であるが、実際には、電磁的に作動したギアセレクタ機構は、正常なギアシフトのための確実な係合と解放に必要な程度の制御を得るために磁場の作用を制御するのが困難なため、実施は非常に難しい。さらに、実用的な伝動システムに必要とされるギアシフトのタイプの範囲が、このタイプの伝動装置の制御能力を超えている。

ＷＯ２００４／０９９６５４、ＷＯ２００５／００５８６８、ＷＯ２００５／００５８６９、ＷＯ２００５／０２４２６１に記載の「デュアル・フォーク」型の瞬時ギアセレクタ機構の他の問題は、伝動装置が低速で動作した時に、駆動係合した係合部材セットへと、シフト中にアクチュエータによって、ディスクバネを介して加えられたバイアス力が、係合部材とドグの間の摩擦力より大きくなるかもしれないことである。これが起こると、新たなギアホイールが係合する前に現在のギアホイールから係合部材が誤って解放され、駆動力のロスにつながる。これは自動車用途の場合、許されないことである。

公知の瞬時システムのさらなる問題は、車両でキックダウンシフト（加速ダウンシフト）を行う際に、新たなギアが係合した時に車両が揺れる傾向があることである。これは車両の乗客に非常に不愉快な乗り心地を与えることになる。新たに係合したギアホイールはギアホイール配置の差によりそれ以前のギアホイールをオーバードライブできないので、さらなる問題はキックダウンシフトで生じる。この問題に対処するため、以前のシステムは、新たなギアトレインに係合する前に現在のギアトレインを完全に解放する方法を用いていた。しかしこの方法では、運転者によって感知可能なパワー伝達の実質的途切れが起き、よってこの方法は最適とは言えない。したがって、実質的なパワーの途切れなしに（すなわち、車両の運転者に感知可能なパワーの途切れなしに）キックダウンシフトを行う方法が強く望まれている。このタイプの伝動システムが道路車両に好適であるためにはキックダウンシフトを容認可能な形で行い得ることが必要であるため、瞬時伝動システムにとってこれは、解決すべき非常に重要な問題である。

よって本発明は、上述の問題の少なくとも１つを軽減する伝動システム、駆動システム、伝動制御システム、およびギア選択方法を提供することを目指すものである。

本発明の１つの側面によると、実質的なトルクの途切れなしで瞬時にギア比間で選択を行うように配置されたセレクタ組立体を含む伝動システムであり、前記セレクタ組立体は、第１および第２の係合部材セットと、第１の係合部材セットを動かすための第１のアクチュエータ部材、第２の係合部材セットを動かすための第２のアクチュエータ部材、第１のアクチュエータ部材を作動させるための第１のアクチュエータ装置、および第１のアクチュエータ装置とは独立して第２のアクチュエータ部材を作動させるための第２のアクチュエータ装置を有するアクチュエータシステムを含むものである伝動システムが提供される。

本発明の他の側面によると、第１のシャフトと、第１のシャフトに回転可能に取り付けられた第１のギア素子と、第１のシャフトとの回転のために第１のギアホイールを選択的にロックするように配置された第１および第２の係合部材セットを含む第１のギアセレクタ組立体を含む伝動システムであり、前記選択は、第１のシャフトとの回転のために第１のギア素子を時計回り方向および反時計回り方向にロックする、第１のシャフトとの回転のために第１のギア素子を時計回り方向にロックするが反時計回り方向にはロックしない、第１のシャフトとの回転のために第１のギア素子を反時計回り方向にロックするが時計回り方向にはロックしない、ことを含む動作モードからなり、さらに、第１の係合部材セットを動かすための第１のアクチュエータ部材、第２の係合部材セットを動かすための第２のアクチュエータ部材、第１のアクチュエータ部材を作動させるための第１のアクチュエータ装置、および第１のアクチュエータ装置とは独立して第２のアクチュエータ部材を作動させるための第２のアクチュエータ装置を有する、動作モード間で選択を行うためのアクチュエータシステムを含むものである伝動システムが提供される。

各係合部材セットに別々のアクチュエータを有することは、第１および第２の係合部材セットの動作が相互依存しないことを確実とし、その動きを独立制御することが可能になる。これによって、低速でのシフト中に係合部材が誤って解放されることを防止するように、かつギア素子が第１のシャフトとの回転のために反対方向にロックされることを防止することでロックアップの発生を防止するように、伝動装置が制御可能となる。これはＷＯ２００４／０９９６５４、ＷＯ２００５／００５８６８、ＷＯ２００５／００５８６９、ＷＯ２００５／０２４２６１、ＷＯ２００５／０２６５７０に関連する問題を解消する。好ましくは、第２のギアセレクタ組立体は、第１のギアセレクタ組立体と類似している。

第１のギアセレクタ組立体は以下の、第１のシャフトとの回転のためにギア素子を時計回り方向にも反時計回り方向にもロックしない動作モードを選択するように配置することができる。こうしてギア素子は完全に解放することができる。

好都合には、第１および第２のアクチュエータ装置の少なくとも１個が、電子的に制御可能であり、電気的に駆動、機械的に駆動、空気圧によって駆動、あるいは油圧によって駆動可能である。

好都合には、第１および第２のアクチュエータ部材の少なくとも１個が、支持体上に摺動可能に取り付け可能であり、それぞれのアクチュエータ部材を支持体に沿って双方向に駆動できるように前記または各アクチュエータ装置が配置されている。好ましくは、アクチュエータシステムが、第１および／または第２の係合部材セットに軸方向にバイアスを掛けるための弾性手段を含む。弾性手段は、非係合状態のギア素子に向けて係合部材の動きにバイアスを掛けるように配置されている。

好都合には、伝動システムが、第１のシャフトに回転可能に取り付けられた第２のギア素子と、第１のシャフトとの回転のために第２のギア素子を選択的にロックするための第２のギアセレクタ組立体を含むものとできる。第２のギアセレクタ組立体は、第１のシャフトとの回転のために第２のギア素子をロックするように配置されるものとでき、前記選択は、第１のシャフトとの回転のためにギア素子を時計回り方向および反時計回り方向にロックする、第１のシャフトとの回転のためにギア素子を時計回り方向にロックするが反時計回り方向にはロックしない、第１のシャフトとの回転のためにギア素子を反時計回り方向にロックするが時計回り方向にはロックしない、ことを含む動作モードからなる。

第２のギアセレクタ組立体は以下の、第１のシャフトとの回転のために第２のギア素子を時計回り方向にも反時計回り方向にもロックしない動作モードを選択可能である。

第２のギアセレクタ組立体は、第１のシャフトとの回転のために第２のギアホイールを選択的にロックするように配置された第１および第２の係合部材セットと、第１の係合部材セットを動かすための第１のアクチュエータ部材、第２の係合部材セットを動かすための第２のアクチュエータ部材、第１のアクチュエータ部材を作動させるための第１のアクチュエータ装置、および第１のアクチュエータ装置とは独立して第２のアクチュエータ部材を作動させるための第２のアクチュエータ装置を有する、動作モード間で選択を行うためのアクチュエータシステムを含む。

好都合には、駆動力が伝達された時、第１および第２の係合部材セットの一つが、係合状態のギア素子と駆動係合し、その時、他方の係合部材セットが無負荷の状態であるように前記または各ギアセレクタ組立体が配置されている。

好ましくは、減速力が伝達された時、第１の係合部材セットが、係合状態のギア素子と係合し、第２の係合部材セットが無負荷の状態であり、駆動力が伝達された時、第２の係合部材セットが、係合状態のギア素子と駆動係合し、その時、第１の係合部材セットが無負荷の状態であるように前記または各セレクタ組立体が配置されている。

好都合には、負荷の掛かった係合部材セットを係合状態のギアホイールから解放することなく、非係合状態のギアホイールに向けて負荷の掛かった係合部材セットにバイアスを掛けるようにアクチュエータシステムを配置するものとできる。

好都合には、伝動装置は、前記または各ギアセレクタ組立体の動作を制御するための、電子的にプログラム可能な制御システムを含む。例えば、制御システムは、セレクタ組立体の動作を制御するようにプログラムされた制御演算装置を含むものとできる。これによって、適宜なシーケンス制御により伝動装置のロックアップの発生を防止できる。

他方のギアセレクタ組立体を作動させ新たなギアホイールに係合させる前に、負荷の掛かってない係合部材セットを動かし係合状態のギア素子との係合を解除するように制御システムを配置することもできる。これは係合素子セットを取り除き、さもなくばトルクの逆転が発生した時に伝動装置をロックさせてしまう現在のギアホイールとの係合を解除するので、２個以上のセレクタ組立体の動作を必要とするシフト中にトルクの逆転が発生した時に伝動装置のロックアップを防止するのに重要な要素である。

また、負荷の掛かった係合部材セットが自由に動けるようになるまで、非係合状態のギアホイールに向けて負荷の掛かった係合部材セットにバイアスを掛けるように制御システムを配置することもできる。

好都合には、伝動システムは、ギアシフトの要求を受けた時に伝動システムのトルク方向を判定するための手段を含む。好ましくは、伝動装置は、少なくとも１個の伝動装置構成要素の回転速度すなわち伝動入力を検出するための速度センサなどのセンサ装置を含み、制御システムは、回転速度の変化率をセンサ装置から測定する。これはセンサ装置に、伝送装置でのトルク方向、すなわち加速力または制動力が加わっているかどうかの判定を可能とする。

また、伝動装置は、ギアシフト中に伝動装置のトルク方向が変化するのを防止するための手段を含むものとできる。

好都合には、制御システムは、駆動源の出力を調整するための制御信号を発するように配置されている。好ましくは、制御システムは、コントローラー・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）バスなどの通信手段を介してエンジン制御装置へと接続されている。制御信号は、エンジン制御装置に要求どおりエンジン出力を調整するように指示する。また、制御システムは、クラッチ装置の入力側および出力間での締め付け負荷を制御するための制御信号を発するように配置されてもよい。好ましくは、制御システムがクラッチアクチュエータの動作を制御し、これが今度はクラッチ装置を制御する。クラッチとエンジン両方の制御システムを制御することで、最高のギアシフト結果をもたらす。

好都合には、伝動装置が、シフトを行う状態が好適かどうかを判定するために、ギアシフトを行う前に検査ルーチンを実行するための手段を含む。好ましくは、制御システムが、この機能を実行するように配置されている。

好都合には、伝動装置は、検査ルーチンを実行するための手段がシフトの状態が好適ではないと判定した時にギアシフトを延期するための手段を含む。好ましくは、これは制御システムによって行われる。

好都合には、伝動装置は、どのギアが係合しているかを判定するための手段を含む。好ましくは、これは、各ギアセレクタ組立体に関して第１および第２の係合部材セットの位置を検出するための手段によって実現される。制御システムは、第１および第２の係合部材セットの位置を検出するための手段の出力から、どのギア素子が係合しているかを判定するように配置されている。

伝動装置は、第１のシャフトに回転可能に取り付けられた第３のギア素子を含むものとでき、ここで伝動システムは、第１のシャフトとの回転のために第３のギア素子を選択的にロックするように配置されており、前記選択は、第１のシャフトとの回転のためにギア素子を時計回り方向および反時計回り方向にロックする、第１のシャフトとの回転のためにギア素子を時計回り方向にロックするが反時計回り方向にはロックしない、第１のシャフトとの回転のためにギア素子を反時計回り方向にロックするが時計回り方向にはロックしない、ことを含む動作モードからなる。好ましくは、第３のギア素子は、第１のシャフトとの回転のために第１のセレクタ組立体によってロックされるが、別の組立体が用いられてもよい。

伝動システムは、第３のギア素子に関して以下の、第１のシャフトとの回転のためにギア素子を時計回り方向にも反時計回り方向にもロックしない動作モードを選択可能である。

好ましくは、第１のギアセレクタ組立体が、負荷の掛かってない係合部材セットを動かし第１のギア素子との係合を解除し第３のギア素子と駆動係合させることで第３のギア素子を係合させるよう配置されており、ここで第１のギア素子は負荷の掛かった係合部材セットによって係合したままで第１および第３のギア素子間でギアチェンジを行う。このように第１のギアセレクタ組立体は、少なくとも瞬間的に、第１のシャフトとの回転のために、第１および第３のギア素子を同時に選択的にロックするように配置されている。新しいギアが選択されると負荷の掛かった素子セットに負荷が掛からなくなり、また制御システムはそれをギア素子から解放し、新たなギア素子と係合するよう動かすように配置されているため、一般的にこれは、シフト中の非常に短い時間内にのみ発生する。

好ましくは、第１のギアセレクタ組立体が、負荷の掛かってない係合部材セットを動かし第３のギア素子との係合を解除し第１のギア素子と駆動係合させるように配置されており、ここで第３のギア素子が負荷の掛かった係合部材セットによって係合したままで第１および第３のギア素子間でギアチェンジを行う。

システムには、実際にはギアセレクタ組立体が何個含まれていてもよい。好ましくは、伝動装置は、少なくとも３個のギアセレクタ組立体を含み、これらは第１のギアセレクタ組立体に類似している。通常、各ギアセレクタ組立体は、シャフトとの回転のために２個のギア素子を選択的にロックする。通常、回転可能に取り付けられた各ギア素子は、第１のシャフトと第２のシャフト間で駆動力を伝達するギアトレインの一部をなす。好ましくは、伝動装置は、３〜３０のギアトレインを、より好ましくは、４〜２１のギアトレインを、さらに好ましくは、４〜８のギアトレインを含む。必要なギアトレインの数は用途次第である。例えば、乗用車は一般的に４〜６のギアトレインを含み、貨物自動車は２１のギアトレインを有する。第１のギア素子は、第２のシャフトに固定された第４のギアホイールを含む第１のギアトレインの一部とできる。第２のギア素子は、第２のシャフトに固定された第５のギアホイールを含む第２のギアトレインの一部とでき、第３のギア素子は、第２のシャフトに固定された第６のギアホイールを含む第３のギアトレインの一部とできる。

本発明の他の側面によると、第１および第２の回転可能なシャフトと、それぞれが回転可能に第１のシャフトに取り付けられてその上に駆動構造を形成している第１および第２のギア素子と、第１のシャフトと第１のギア素子の間と第１のシャフトと第２のギア素子の間とで選択的にトルクを伝達するためのギアセレクタ組立体とを含む、一方のシャフトから他方のシャフトへと駆動力を伝達するための手段とを含む伝動システムであり、前記セレクタ組立体は、第１および第２のギア素子と係合および非係合状態となるように移動可能な第１および第２の係合部材セットと、アクチュエータシステムを含むものであり、ここでギアセレクタ組立体は、駆動力が伝達された時、第１および第２の係合部材セットの一つが、係合状態のギア素子と駆動係合し、その時、他方の係合部材セットが無負荷の状態であるように配置されており、アクチュエータシステムは、第１の係合部材セットを動かすための第１のアクチュエータ部材、第２の係合部材セットを動かすための第２のアクチュエータ部材、第１のアクチュエータ部材を作動させるための第１のアクチュエータ装置、および第１のアクチュエータ装置とは独立して第２のアクチュエータ部材を作動させるための第２のアクチュエータ装置を含み、ここでアクチュエータシステムは、負荷の掛かってない係合部材セットを動かし非係合状態のギア素子と駆動係合させギアチェンジを行うように配置されている伝動システムが提供される。

好都合には、第１および第２の係合部材セットは、使用時に第１のシャフトと共に回転するように配置される。好ましくは、第１のシャフトが入力シャフト、第２のシャフトが出力シャフトであり、駆動力は入力シャフトから出力シャフトへと伝達される。好ましくは、セレクタ組立体は、第１および第２の係合部材セットが第１および第２のギア素子の１個と係合した時、加速と減速の間を動く時のバックラッシュが４度以下となるように配置されている。

好ましくは、第１および第２のギア素子上の駆動構造は、それぞれ第１および第２のドグ群からなる。例えば、第１および第２のドグ群は、それぞれ２〜１２個のドグからなり、それぞれ第１および第２のギアに均等に分配されている。好ましくは、第１および第２のドグ群は、それぞれ２〜４個のドグ、より好ましくは３個のドグからなる。

第１および第２の係合部材セットは、好ましくは２〜８個の部材、より好ましくは２〜４個の部材、さらに好ましくは３個の部材からなる。

好都合には、第１のシャフトは、キー溝を含み、第１および第２の係合部材セットがキー溝に沿って軸方向に摺動し、係合部材セットの位置を半径方向に規制できるようになっている。好ましくは、キー溝の断面は、Ｔ字形状、溝穴形状、鳩尾形状のうちの１つである。

好ましくは、アクチュエータ組立体は、係合部材が負荷の掛かってない状態にある時に、第１および第２の係合部材セットの少なくとも１つを動かし、第１および第２のギア素子と係合させるように配置された少なくとも１つの弾性手段を含む。好ましくは、前記または各弾性手段が、係合部材がギア素子と駆動係合している時に、第１および第２の係合部材セットの少なくとも１つに第１または第２のギア素子に向けてバイアスを掛けるように配置されている。

伝動システムはさらに、第１のシャフトに取り付けられた第３および第４のギアと第２のセレクタ組立体を含み、第１および第２のシャフト間にさらなるギア比を供するものであってもよい。

本発明の他の側面によると、駆動源と、上述の特徴の組み合わせのいずれか１つを有する伝動システムを含む駆動システムが提供される。

駆動システムは、好ましくは、駆動源の動作状態をモニタし、所定の動作状態において駆動源のドライバとは独立して駆動源の出力を自動的に調整するための駆動源制御システムを含む。例えば、制御システムは、エンジンの出力速度／トルクを調整するように配置される。

また、駆動システムは、駆動源から伝動装置に伝達されるトルクを調整するためのクラッチ手段、およびクラッチ手段の入力側および出力側間での相対回転運動を検出するための手段を含む。これによって、制御システムは、新たなギアが選択された時に伝動装置によって生じたトルクのスパイクがクラッチ装置の入力側および出力側のさらなる相対回転運動によって少なくとも部分的に吸収されるように、新たなギアを選択する前にスリップを起こせるように、クラッチの入力側および出力側間での締め付け負荷を減らすことが可能になる。

好都合には、伝動装置は、伝動装置のトルク方向を検出するための手段を含む。例えば、伝動制御システムは、クラッチ手段の入力側および出力側間での相対回転運動を検出するための手段の出力を比較することによって、伝動装置のトルク方向を判定するよう配置することができる。あるいは、またはさらに、伝動装置のトルク方向を検出するための手段が、車両加速センサ、少なくとも１個の伝動装置構成要素におけるひずみを検出するためのセンサ、および回転する伝動装置構成要素における速度変化率を測定するためのセンサのうちの少なくとも１個を含むものとできる。

好都合には、制御システムが、ギアシフト中に伝動システムのトルクが方向を変えないことを保証するために、駆動源および／またはクラッチ装置の出力を調整するように配置されている。例えば、エンジン速度を増加、減少、および／または適切に保つ、および／またはクラッチの締め付け負荷を増加、減少、および／または適切に保つことによる。

本発明の他の側面によると、第１のシャフトに回転可能に取り付けられた第１および第２のギア素子と、第１のシャフトとの回転のために第１のギアホイールを選択的にロックするための第１のギアセレクタ組立体と、第１のシャフトとの回転のために第２のギアホイールを選択的にロックするための第２のギアセレクタ組立体を有する伝動システムでギアシフトを行うための方法であり、ここで各ギアセレクタ組立体は、第１および第２の係合部材セットと、第１のシャフトとの回転のために各ギアホイールをロックするために第１および第２の係合部材セットを作動させるためのアクチュエータシステムを有し、前記選択は、第１のシャフトとの回転のためにギア素子を時計回り方向および反時計回り方向にロックする、第１のシャフトとの回転のためにギア素子を時計回り方向にロックするが反時計回り方向にはロックしない、第１のシャフトとの回転のためにギア素子を反時計回り方向にロックするが時計回り方向にはロックしない、ことを含む動作モードからなり、制御システムは伝動システムの動作を制御するためのもので、他のギアセレクタ組立体で新たなギア素子を選択する前に、現在係合状態のギア素子から負荷の掛かってない係合部材セットを解放することを含む方法が提供される。

この方法は、セレクタ組立体が第１のシャフトとの回転のためにギア素子を反対方向にロックしないことを保証するため、第１および第２のギアセレクタ組立体が関係するシフトでロックアップの発生を防止する。よってたとえシフト中に、非常に危険なシナリオであるトルクの逆転が起きても、伝動装置はロックアップしない。

例えば、第２の係合部材セットが第１のギア素子と駆動係合して、第１のギアホイールが、加速および減速方向における回転についてロック（完全係合）されたなら、第１のセットはその時、負荷の掛かってない状態にある。第２のギアセレクタ組立体が第２のギア素子に係合する前に、第１のアクチュエータは第１の係合部材セットを動かし、第１のギア素子との係合を解除する。よって、第１のギア素子はもはや完全係合しておらず、加速および減速方向の一方の回転についてのみロックされており、他の方向ではロックされていない。そして第２のセレクタ組立体は、（トルク方向と一致する加速または減速方向）相補的な係合部材セットで第２のギア素子を選択し、第１のギア素子はこの時、第１のギアセレクタ組立体によって依然係合されており、こうして瞬時のギアシフトを行う。もしトルクの逆転がシフト中に発生しても、両ギア素子が同じ方向の回転にロックされており他の方向にはロックされていないので、伝動装置はロックアップしない。

本発明者らは、本発明のこの側面が、第１および第２の係合部材セットの両方を制御するのにアクチュエータが１個しかない、あるいは各係合部材セットにそれぞれアクチュエータを有する瞬時伝動装置の実施の形態に利用可能であることを発見した。例えば、本発明のこの側面は、ＷＯ２００４／０９９６５４、ＷＯ２００５／００５８６８、ＷＯ２００５／００５８６９、ＷＯ２００５／０２４２６１に記載のタイプの瞬時伝動システムの実施の形態に適用可能であり、その内容は参照することにより組み込まれる。

方法は、第１のギア素子が第１のシャフトとの回転のために加速および減速方向にロックされている状態からスタートする時、第１のギア素子から負荷の掛かってない係合部材セットを解放し、対応する係合部材セットで第２のギア素子を選択することを含む。方法は、加速アップシフトを行う時、第２のギアセレクタ組立体がその加速係合部材セットで第２のギア素子と係合する前に、減速係合部材セットを動かし第１のギア素子から係合を解除することを含む。方法は、減速アップシフトを行う時、第２のギアセレクタ組立体がその減速係合部材セットで第２のギア素子と係合する前に、加速係合部材セットを動かし第１のギア素子から係合を解除することを含む。

方法は、第２のギア素子が第１のシャフトとの回転のために加速および減速方向にロックされている状態からスタートする時、第２のギア素子から負荷の掛かってない係合部材セットを解放し、対応する係合部材セットで第１のギア素子を選択することを含む。方法は、加速ダウンシフトを行う時、第１のギアセレクタ組立体がその加速係合部材セットで第１のギア素子と係合する前に、減速係合部材セットを動かし第２のギア素子から係合を解除することを含む。方法は、減速ダウンシフトを行う時、第１のギアセレクタ組立体がその減速係合部材セットで第１のギア素子と係合する前に、加速係合部材セットを動かし第２のギア素子から係合を解除することを含む。

好都合には、方法は、どの係合部材セットが動いて係合状態のギア素子から係合を解除されるのか確認するために、伝動装置のトルク方向を判定することを含む。好ましくは、これは、少なくとも１つの伝動パラメータを測定することを含み、制御システムは、測定されたパラメータから伝動装置のトルク方向を判定する。例えば、それは、少なくとも１個の伝動装置構成要素の回転速度をモニタし、回転速度の変化率を計算することでトルク方向を判定することを含むものとできる。

好都合には、方法は、どのギアが現在係合状態であるかを判定することを含む。好ましくは、これは、どのギアが現在係合状態であるかを判定するために、各セレクタ組立体の動作状態を測定することを含む。これはどのギアが現在係合状態であるかを判定するために、各セレクタ組立体の第１および第２の係合部材セットの位置を測定することを含むものであってもよい。

好都合には、方法は、新たなギア素子と係合する前に、クラッチ装置の入力側および出力側間で相対運動が起きるまでクラッチ装置のクラッチ締め付け負荷を減らすことを含む。クラッチを開けることなくスリップ点までクラッチ締め付け負荷を減らすことで、非係合状態のギア比がギアセレクタ組立体によって係合された時にもしトルクが所定の値を超えたなら、クラッチ装置の入力側および出力側間でさらなる相対回転運動を許容する。このようにして新たなギア素子を選択した時の衝撃で生じるどんなトルクのスパイクも、少なくとも部分的に吸収される。

好都合には、方法は、クラッチの入力側および出力側間で相対運動が起きているかどうかを判定することを含む。好ましくは、これは、クラッチ装置の入力側および出力側の少なくとも１つ、最も好ましくはクラッチの両側の回転速度をモニタすることを含む。好都合には、方法は、スリップ状態を維持するためにクラッチ板間の締め付け負荷を調整することを含む。

好都合には、方法は、新たなギア素子に係合する前に、駆動源速度を調整し新たなギア速度と一致させることを含む。

好都合には、方法は、伝動システムのトルクがギアシフト中に方向を変えないことを保証するために、伝動装置へ加えられるトルクを調整することを含む。好ましくは、これは、伝動システムのトルクがギアシフト中に方向を変えないことを保証するために、駆動源速度および／またはクラッチ締め付け負荷を調整することを含む。

方法はまた、ギアシフト完了後に、クラッチ締め付け負荷を元に戻し、エンジンの制御をユーザに戻すことを含む。

好都合には、方法は、伝動装置のロックアップなしにギアシフトが行えるかを判定するために検査ルーチンを行うことを含む。好都合には、方法は、ギアシフトを無事に行えないと検査ルーチンが示した場合、ギアシフトを延期することを含むものとできる。例えば、制御システムは、ギアシフトを中断し、あるいは所定の時間、例えば１０〜１００ｍｓだけ延期して、その後ギアシフトを行うか、あるいは状態が変化し安全なギアシフトが可能になったかどうかを判定するための少なくとも１回のさらなる検査を行い、状況が好適な場合のみギアシフト行うことができる。好ましくは、制御システムは、ギアシフト中、検査したパラメータを連続的にモニタする。

各ギアセレクタ機構のアクチュエータシステムは、第１の係合部材セットを作動させるための第１のアクチュエータと、第１のセットとは独立して第２の係合部材セットを作動させるための第２のアクチュエータを含む。

好都合には、方法は、伝動装置出力部材の回転速度を測定することを含む。

本発明の他の側面によると、瞬時伝動システムでギアシフトを行うための方法であって、検査ルーチンを行い、動作状態が要求されたギアシフトを行うのに好適であることを保証し、そうでなければギアシフトを中断することを含む方法が提供される。

これは、制御システムによって無事にシフトが行える状態が検出された時のみに制御システムがギアシフトの発生を許容するもので、伝動装置のロックアップを防止するためのもう１つの方法である。この方法は、独立して、あるいは上述の方法と一緒に用いることができる。

好都合には、方法は、ギアシフトを開始する前にトルク方向を検査することを含む。方法はまた、シフトを行う前に係合部材セットの位置を測定することを含んでもよい。

本発明の他の側面によると、瞬時伝動システムでギアシフトを行うための方法であって、ギアシフト中にトルク方向が変わらないことを保証するために、伝動システムへのトルク入力を制御することを含む方法が提供される。本発明者らは、最も危険なシナリオの１つがシフト中にトルク方向が変わることだと発見した。シフト中にトルクが一定の既知の方向であれば、正常な一連のイベントが上述の故障モードを防止する。シフトの直前あるいはシフト中のトルク方向の突然の逆転時には、上述の故障モードが起きる可能性がある。

これは、制御システムがギアシフト中の伝動装置のトルク方向の変化の可能性を防止するもので、伝動装置のロックアップを防止するためのもう１つの方法である。この方法は、独立して、あるいは上述の方法のいずれかと一緒に用いることができる。

好都合には、方法は、ギアシフト中に伝動システムのトルクが方向を変えないことを保証するために、エンジン速度および／またはクラッチ締め付け負荷を調整することを含む。

本発明の他の側面によると、第１および第２のギアトレインと、伝動システムの動作を制御するための制御システムを有する瞬時伝動システムで加速ダウンシフト（キックダウンシフト）を行うための方法であって、クラッチ装置の入力側および出力側間で相対運動が起きるまでクラッチ装置のクラッチ締め付け負荷を自動的に減らし、新たなギアトレインに係合する前に、駆動源出力を自動的に調整し係合予定の新たなギアトレインと実質的に一致させ、その間現在のギアトレインは係合したままとすることを含む方法が提供される。

エンジンが新たなギア比と一致し、クラッチ装置がスリップ状態にあり、これが新たなギア素子と係合する際の衝撃によるクラッチ装置の入力側および出力側間でのさらなる相対運動を可能とするため、これは、伝動装置のトルクのスパイクの大きさを減ずることでギアシフトをスムーズにするのに役立つ。

好都合には、方法は、２個のセレクタ組立体の動きを要求するシフトに対して、現在のギアトレインが係合したままの状態で新たなギアトレインと係合することを含むことができる。

好都合には、方法は、１個のみのセレクタ組立体の動きを要求するシフトに対して、新たなギアトレインと係合する前に、現在のギアトレインから負荷の掛かった係合部材セットを解放することを含む。

好ましくは、伝動システムが、第１のシャフトに回転可能に取り付けられた第１および第２のギア素子と、第１のシャフトとの回転のために第１および第２のギア素子を選択的にロックするためのギアセレクタシステムを含み、前記選択は、第１のシャフトとの回転のためにギア素子を時計回り方向および反時計回り方向にロックする、第１のシャフトとの回転のためにギア素子を時計回り方向にロックするが反時計回り方向にはロックしない、第１のシャフトとの回転のためにギア素子を反時計回り方向にロックするが時計回り方向にはロックしない、ことを含む動作モードからなる。

好都合には、伝動装置のトルクの遮断または減少が、駆動源出力の調整、例えば、駆動源制御システムを介して駆動源へのエネルギ／燃料供給を短時間カットすることによって行われるものとできる。あるいは、またはさらに、伝動装置のトルクの遮断または減少が、クラッチ装置の動作状態の調整によって行われるものとできる。例えば、クラッチの入力側および出力側間の締め付け負荷が、クラッチアクチュエータを用いて調整できる。好ましくは、トルクを遮断するためにクラッチ装置が一瞬解放される。

好都合には、セレクタシステムは、第１のシャフトとの回転のために少なくとも第１のギア素子をロックするように配置された第１のギアセレクタ組立体を含む。ある実施の形態においては、第１のギアセレクタ組立体は、第１のシャフトとの回転のために第１および第２のギア素子をロックするように配置されている。好ましくは、セレクタシステムは、第１のシャフトとの回転のために第２のギア素子をロックするように配置された第２のギアセレクタ組立体を含む。

好ましくは、第３のギア素子が、第１のシャフトに回転可能に取り付けられている。好ましくは、第１のセレクタ組立体または第３のセレクタ組立体が、第１のシャフトと第３のギア素子を選択的にロックするように配置されており、前記選択は、第１のシャフトとの回転のためにギア素子を時計回り方向および反時計回り方向にロックする、第１のシャフトとの回転のためにギア素子を時計回り方向にロックするが反時計回り方向にはロックしない、第１のシャフトとの回転のためにギア素子を反時計回り方向にロックするが時計回り方向にはロックしない、ことを含む動作モードからなる。

本発明の他の側面によると、第１のシャフトに回転可能に取り付けられた第１および第２のギア素子と、第１のシャフトとの回転のために第１および第２のギア素子を選択的にロックするためのギアセレクタシステムを有する伝動システムで加速ダウンシフト（キックダウンシフト）を行うための方法であって、前記選択は、第１のシャフトとの回転のためにギア素子を時計回り方向および反時計回り方向にロックする、第１のシャフトとの回転のためにギア素子を時計回り方向にロックするが反時計回り方向にはロックしない、第１のシャフトとの回転のためにギア素子を反時計回り方向にロックするが時計回り方向にはロックしない、ことを含む動作モードからなり、現在のギア素子が係合状態にある間に新たなギア素子を選択し、現在のギア素子を完全に解放するために伝動装置のトルクを短時間遮断または減少させることを含む方法が提供される。

本発明の他の側面によると、上述の構成の少なくとも１つによる瞬時伝動システムの動作を制御するように、および／または上述の方法の少なくとも１つを行うようにプログラムされた伝動制御装置が提供される。

本発明による伝動システムを含む車両駆動システムの概略図である。 本発明による伝動システムの一般配置の断面図である。 ギアの一方の側のドグ群の配置を示す概略図である（明確にするため歯は省略してある）。 ギアホイール側のセレクタ機構とドグの相互作用を示す概略図である。 セレクタ機構からの係合素子の斜視図である。 セレクタ機構の動作を図式的に示す。 セレクタ機構の動作を図式的に示す。 セレクタ機構の動作を図式的に示す。 セレクタ機構の動作を図式的に示す。 セレクタ機構の動作を図式的に示す。 セレクタ機構の動作を図式的に示す。 加速アップシフトを行う際に２つのセレクタ機構の動きを必要とする新たなギアの選択を図式的に示す。 加速アップシフトを行う際に２つのセレクタ機構の動きを必要とする新たなギアの選択を図式的に示す。 加速アップシフトを行う際に２つのセレクタ機構の動きを必要とする新たなギアの選択を図式的に示す。 加速アップシフトを行う際に２つのセレクタ機構の動きを必要とする新たなギアの選択を図式的に示す。 減速アップシフトを行う際に２つのセレクタ機構の動きを必要とする新たなギアの選択を図式的に示す。 減速アップシフトを行う際に２つのセレクタ機構の動きを必要とする新たなギアの選択を図式的に示す。 減速アップシフトを行う際に２つのセレクタ機構の動きを必要とする新たなギアの選択を図式的に示す。 減速アップシフトを行う際に２つのセレクタ機構の動きを必要とする新たなギアの選択を図式的に示す。 加速ダウンシフトを行う際に２つのセレクタ機構の動きを必要とする新たなギアの選択を図式的に示す。 加速ダウンシフトを行う際に２つのセレクタ機構の動きを必要とする新たなギアの選択を図式的に示す。 加速ダウンシフトを行う際に２つのセレクタ機構の動きを必要とする新たなギアの選択を図式的に示す。 加速ダウンシフトを行う際に２つのセレクタ機構の動きを必要とする新たなギアの選択を図式的に示す。 減速ダウンシフトを行う際に２つのセレクタ機構の動きを必要とする新たなギアの選択を図式的に示す。 減速ダウンシフトを行う際に２つのセレクタ機構の動きを必要とする新たなギアの選択を図式的に示す。 減速ダウンシフトを行う際に２つのセレクタ機構の動きを必要とする新たなギアの選択を図式的に示す。 減速ダウンシフトを行う際に２つのセレクタ機構の動きを必要とする新たなギアの選択を図式的に示す。

本発明の実施の形態を、添付の図面を参照し、あくまで一例として以下に説明するが、同じ参照符合は等価な特徴を示す。
図１ａは、本発明による駆動システムの概略図である。駆動システムは例えば、乗用車や貨物自動車などの車両に使用でき、エンジン８０、エンジン制御装置８２、伝動装置のトルク方向を判定するためのセンサシステム８４、摩擦クラッチなどのクラッチ装置８６、伝動システム８８、および伝動制御装置９０を含む。

エンジン８０は、通常は車両内の内燃機関であるが、電気自動車用の電気モータやその他の好適な駆動源であってもよい。エンジン８２の出力は通常、スロットルインターフェース８３およびエンジン制御装置８２を介してエンジンへと接続されたスロットル入力装置８１（一般にはスロットルペダル）に負荷を掛ける運転者によって決定される。エンジン制御装置８２は、ユーザおよび伝動制御装置９０から受け取った指示に従ってエンジン８０の出力をモニタし調整するように配置されている。エンジン制御装置８２は、スロットル・ポテンショメータ型システムか、あるいは電子制御システム（時に「ドライブ・バイ・ワイヤ」システムと呼ばれる）とすることができる。

エンジン制御装置８２は、コントローラー・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）バスを介して伝動制御装置９０と通信する。

伝動制御装置９０は、ソフトウエア駆動の自動制御システムであり、スムーズなギアシフトを行い、例えば容認できないギアシフトによる伝動装置のロックアップといったある種の伝動装置の故障モードの発生を防止するようにプログラムされている。その主要な機能を満たすために、伝動制御装置９０は、伝動システム８８のシフト動作の順番、クラッチ８８、エンジン８０を介しての伝動システムのトルクを、それぞれクラッチアクチュエータ９２、エンジン制御装置８２を用いて制御する。これを達成するために、伝動制御装置９０は、伝動装置のトルク方向を判定する入力を受け取る。これは、エンジンおよび路面速度を検出する既存の車両センサおよび伝動システムの配置の知識から、あるいはクラッチセンサ９３または伝動トルク方向センサ８４から計算できる。伝動制御装置９０はまた、例えば、伝動システムの知識からそれらの位置を測定し、セレクタ組立体２９、３１、３３の作動を制御することにより、および／または、１個以上の伝動位置センサ９６を用いることにより、セレクタ組立体２９、３１、３３の動作状態を判定する。伝動制御装置９０はまた、随意に、以下の装置の１個以上から入力を受け取ることができる：伝動出力シャフト速度センサ９８、およびマニュアルとセミオートマチック伝動のためのユーザ操作ギア選択入力装置９４。

伝動装置のトルク値は、一部はエンジン８０の出力から、一部はクラッチ８６の動作状態から判定され、これはクラッチの入力側および出力側間の締め付け負荷によって、伝動装置へと伝達可能な最大許容トルク（クラッチトルク限度）を決定する。クラッチの入力側および出力側間の締め付け負荷は、クラッチアクチュエータ９２を介して伝動制御装置９０によって測定される。クラッチ板間の締め付け負荷を減らすことで、クラッチ装置８６の入力側および出力側間での相対回転運動（スリップ）が許容され、伝達トルク値を制限する。

入力および出力クラッチセンサ９３は、クラッチ８６の入力側および出力側の速度をそれぞれ検出する。センサ９３の測定値が伝動制御装置９０によってモニタされ、これがスリップが起きているかどうか、およびセンサ９３から受け取った値に従ってトルク方向を判定する。伝動制御装置９０は、伝動装置８８へと望ましい量のトルクを伝達するために、クラッチアクチュエータ９２を制御し、クラッチ締め付け負荷を選択するように配置されている。

駆動システムは、クラッチ８６の入力側および出力側間でのスリップを検出するために、１個以上のクラッチ締め付け負荷センサ（図示せず）を含むものであってもよい。

伝動装置のトルク方向を判定するための随意のセンサシステム８４は、水銀スイッチ、各ロードセルの出力の比較からトルク方向の判定が可能である伝動装置構成要素のひずみを検出するように配置された一対のロードセル（ＷＯ２００５／００５８６９を参照）、スロットル位置を検出するためのセンサ、および／または出力シャフトなどの回転する伝動装置構成要素での速度変化率を測定するためのセンサなどの、車両が加速しているか減速しているかを判定するための加速度計を含むものとできる。各場合において、使用されるセンサから受け取った信号に基づきトルク方向を判定するのは、伝動制御装置９０である。

伝動装置のトルク方向を判定するのには、他の好適な方法も利用可能である。

システムは、随意に、伝動装置の出力速度を検出するための速度センサ９８を含むものとできる。これは、ギア比の詳細でプログラム可能であり、クラッチセンサ９３の出力側から入力速度が分かるため、どのギアが係合しているのかを伝動制御装置９０が判定するのを助けることができる。また、センサ９８の測定値が、伝動装置８８のトルク方向に対する道路状況変化の影響を考慮に入れるために、伝動制御装置９０によって利用可能である。

図１ｂは、伝動システム８８の配置を示し、これは出力シャフト１、入力シャフト３、入力および出力シャフト３、１間で駆動力を伝達するように配置された第１、第２、第３、第４、第５、第６のギアトレイン（すなわちギア比）５、７、９、１１、１２、１４（１番、２番、３番、４番、５番、６番）を含む。第１のギアトレイン５は、入力シャフト３にベアリングを介して回転可能に取り付けられた第１のギアホイール１３、第１のギアホイール１３と噛み合った状態で出力シャフト１へと固定された第２のギアホイール１５からなる。第２のギアトレイン７は、入力シャフト３に回転可能に取り付けられた第３のギアホイール１７、第３のギアホイール１７と噛み合った状態で出力シャフト１へと固定された第４のギアホイール１９からなる。第３のギアトレイン９は、入力シャフト３に回転可能に取り付けられた第５のギアホイール２１、第５のギアホイール２１と噛み合った状態で出力シャフト１へと固定された第６のギアホイール２３からなる。第４のギアトレイン１１は、入力シャフト３に回転可能に取り付けられた第７のギアホイール２５、第７のギアホイール２５と噛み合った状態で出力シャフト１へと固定された第８のギアホイール２７からなる。第５のギアトレイン１２は、入力シャフト３に回転可能に取り付けられた第９のギアホイール１６、第９のギアホイール１６と噛み合った状態で出力シャフト１へと固定された第１０のギアホイール１８からなる。第６のギアトレイン１４は、入力シャフト３に回転可能に取り付けられた第１１のギアホイール２２、第７のギアホイール２５と噛み合った状態で出力シャフト１へと固定された第１２のギアホイール２４からなる。

第１、第２、第３のセレクタ機構２９、３１、３３もまた、入力シャフト３に取り付けられている。各セレクタ機構２９、３１、３３は、入力シャフト３との回転のために入力シャフト３に回転可能に取り付けられたギアホイールを選択的にロックすることによって、ギアトレインを介して入力シャフト３および出力シャフト１間で駆動力を選択的に伝達するように配置されている。第１のセレクタ機構２９は、入力シャフト３との回転のために、１番のギア比から第１のギアホイール１３、および２番のギア比から第３のギアホイール１７を選択的にロックするように配置されている。第２のセレクタ機構３１は、入力シャフト３との回転のために、３番のギア比から第５のギアホイール２１、および４番のギア比から第７のギアホイール２５を選択的にロックするように配置されている。第３のセレクタ機構３１は、入力シャフト３との回転のために、５番のギア比から第９のギアホイール１６、および６番のギア比から第１１のギアホイール２２を選択的にロックするように配置されている。

ギアホイールは、ギアセレクタ機構が係合すると、入力シャフト３との回転のためにロックされる。よって、第３のギアトレイン９の場合、第２のギアセレクタ機構３１が第５のギアホイール２１と係合し第１および第３のギアセレクタ機構２９、３３がニュートラル（どのギアホイールも係合してない）の時、第３のギアトレイン９を介して、駆動力が入力および出力シャフト３、１間で伝達される。

セレクタおよびアクチュエータ機構
各セレクタ機構２９、３１、３３は同様なものであり、同様に入力シャフト３に取り付けられている。第１のギアセレクタ機構２９の構造およびそれが第１および第３のギアホイール１３、１７と選択的に係合する方法を以下に説明する。なお、一般的な構造および動作原理は、第２および第３のギアセレクタ機構３１、３３、およびそれらの各ギアホイールにも当てはまる。

ギアセレクタ機構２９は、第１および第３のギアホイール１３、１７上に位置する駆動構造２０と係合するように配置されている。各ギアホイール１３、１７上の駆動構造２０は、ドグ群からなる（同様な駆動構造が第５、第７、第９、第１１のギアホイール２１、２５、１６、２２上にも位置している）。

第１のドグ群２０は、第１のギアホイール１３の片側に位置している。ドグは、好ましくは、第１のギアホイールと一体に形成されるが、これは必須ではない。第１のドグ群２０は、ギア面に円周方向に均等に分配された、すなわち、一対のドグの中心間に対する角度が約１２０度（図２、３を参照）である３個のドグからなる。第２のドグ群２０は、３個のドグからなり、第３のギアホイール１７の片側に同様に配置されている。３個のドグが用いられるのは、この配置が係合素子を受け入れるための大きな係合ウインドウ、すなわちドグ間の空間をもたらすため、ならびに、その固有の自己センタリング効果および均等な負荷分散のためである。大きな係合ウインドウは、第１のギアセレクタ機構２９がそこへと駆動力を伝達する前に、ギアホイール１３、１７と完全係合する機会を増大させる。もし第１のギアセレクタ機構２９が一部しか係合していない状態でギアホイールを駆動させると、これはドグおよび／または第１のギアセレクタ機構２９の損傷へとつながる。

第１および第３のギアホイール１３、１７は、入力シャフト３上に間隔を空けて取り付けられており、第１および第２のドグ群を含む側が互いに向かい合うように配置されている。

第１のギアセレクタ機構２９は、第１および第２の係合素子セット３５、３６、およびアクチュエータ組立体３８を含む。

第１および第２の係合素子セット３５、３６は、第１および第３のギアホイール１３、１７間で、入力シャフト３上に取り付けられている。第１の係合素子セット３５は、入力シャフト３を中心に均等に分配された３個の素子２８からなり、その基部は内側を向き、素子２８の軸は実質的に並行である。第２の係合素子セット３６は、３個の素子３０からなり、これらも同様に入力シャフト３を中心に配置されている。

係合素子セット３５、３６は、第１および第２のギアホイール３、５間で、入力シャフト３上に取り付けられたスリーブ３４上に取り付けられている（図１、３を参照）。係合素子セット３５、３６は、入力シャフト３と共に回転するように配置されているが、アクチュエータ組立体３８のスイッチング動作に応じて、スリーブ３４および入力シャフト３に沿って軸方向に摺動可能である。これを容易とするため、スリーブ３４は、その曲面に形成された６つのキー溝４１を含み、各係合素子２８、３０がその基部に相補的形状を有する。キー溝４１は、実質的にＴ字形状の断面を有し、素子が半径方向および接線方向で（ただし軸方向は除く）キー溝４１内に規制されるものとできる（図２を参照）。あるいはキー溝４１は、素子を半径方向に規制するために、溝穴形状または鳩尾形状の断面、あるいは他の好適な形状を有することができる。

好ましくは、素子は、入力シャフト３の近傍に形成され、負荷の掛かる領域の半径方向距離が大きいことによる大きなカンチレバ効果を防止し、よって構造破損の可能性を減らす。

素子セット３５、３６の配置は、個々のセットの素子が１つ置きにキー溝４１に位置し、素子セット３５、３６がスリーブ３４に沿って摺動可能となるようになっている。各素子セットの素子は、環状コネクタ部材１００によって互いに堅く結合され、一体に動く。各素子セットは、別のものとは独立して動ける。コネクタ部材１００には、その外側曲面に溝１０２が形成され、コネクタ部材の周り全体を延びている。第１の係合素子セット３５の素子２８は、好ましくは、コネクタ部材１００と一体に形成されるが、これは必須ではない。素子２８は、コネクタ部材１００に均等に分配されている。第２の係合素子セット３６は、３個の素子３０からなり、これらは第２のコネクタ部材１００によって同様の固定配置に保たれている。第１および第２の素子セット３５、３６間に相対運動があれば、第１の素子セット３５のコネクタ部材１００が、第２の素子セット３６の上を動き、第２の素子セット３６のコネクタ部材１００が、第１の素子セット３５の上を摺動する。

第１の素子セット３５の各素子２８は、第１のギアホイール１３に取り付けられた第１のドグ群２０と係合するように配置された第１の端部２８ａと、第３のギアホイール１７の第２のドグ群２０と係合するように配置された第２の端部２８ｂを有する。第１および第２の端部２８ａ、２８ｂは通常、同じ形状を有するが、反対向きであり、例えば、第１の端部２８ａは、第１のギアホイール１３の減速中（逆トルク方向）に第１のドグ群２０と係合するように配置され、第２の端部２８ｂは、第３のギアホイール１７の加速中（順トルク方向）に第２のドグ群２０と係合するように配置されている。第２の素子セット３６の各素子３０も同様に配置されているが、ただし、第１の端部３０ａは、第２のギアホイール１５の加速中に第１のドグ群２０と係合するように配置され、第２の端部３０ｂは、第３のギアホイール１７の減速中に第２のドグ群２０と係合するように配置されている。

第１および第２の係合素子セット３５、３６の両方がギアホイールに係合すると、ギアが加速していようが減速していようが、駆動力が入力および出力シャフト３、１間で伝達される。

各素子の第１および第２の端部２８ａ、３０ａ、２８ｂ、３０ｂは、ドグ２０と係合するための係合面４３、ランプ４５、端面４２を含んでおり、ショルダ４４を含んでもよい（図４を参照）。端面４２は、ギアホイールの側面に接することで、係合素子２８、３０の軸方向の動きを制限する。係合面４３は、ドグの側面２０ａを補完するような角度とされており、係合素子２８、３０が係合方向へ回転した時に、摩耗を減らすように面対面で接触する。各ランプ４５は、好ましくは、らせん状に形成され、端面４２から離れる方向に傾斜している。ランプ４５の傾斜角は、端面４２から最も遠いランプの縁と端面４２の面の間の長手方向の距離が、ドグ２０の高さより大きいようになっている。これによって、係合素子２８、３０と、ドグ２０との係合に向けてランプ４５を動かすドグ２０の間に相対回転運動があった時に、伝動装置がロックアップしないことを保証する。ドグ２０は、係合素子２８、３０の側面には衝突せず、ランプ４５と係合する。ドグ２０と係合素子２８、３０との間のさらなる相対回転運動が起きると、ドグ２０はランプ４５を横切って摺動し、ランプのらせん状表面が、係合素子２８、３０を入力シャフト３に沿ってドグ２０から離れるように軸方向に動かし、よって伝動装置がロックアップを起こさない。

ギアセレクタ機構の配置は、新たなギアを選択する際に発生する伝動装置のロックアップを元から防止できるようになっている。

第１および第２のセット３５、３６の素子が図３に示すように交互に配置されると、第１の素子セット３５の第１の端部２８ａの係合面４３は、第２の素子セット３６の第１の端部３０ａの係合面４３に隣接する。第１および第２の素子セット３５、３６がギアと完全に係合すると、ドグ２０は隣接する係合面４３の各ペアの間に位置する。ドグ２０および素子の端部の寸法は、好ましくは、ギアが加速から減速あるいはその逆に動いた時に、加速素子の係合面４３と減速素子の係合面４３の間の各ドグがほとんど動かないようなものとされ、ギアが、ほとんど、あるいは全くバックラッシュが起きないことを保証する。

アクチュエータ組立体３８は、第１および第２のアクチュエータ４６、６４と、第１および第２のアクチュエータ部材４８、５８を含む。第１および第２のアクチュエータ４６、６４は、力発生アクチュエータであり、好ましくは電気システム、例えば電気機械システムまたは電気油圧システムの一部である。第１および第２のアクチュエータ部材４８、５８は、機械的駆動部材であり、第１および第２のアクチュエータ４６、６４から係合部材セット３５、３６へと力を伝達するものであり、好ましくは、独立して制御可能なフォーク形状をしている。よって、第１の係合素子セット３５は、第１のフォーク４８を介して第１のアクチュエータ４６によって駆動され、第２の係合素子セット３６は、第２のフォーク５８を介して第２のアクチュエータ６４によって駆動される。こうして第１および第２の係合素子セット３５、３６は、ＷＯ２００４／０９９６５４のシステムなどの、両係合素子セットの作動の制御に１つのアクチュエータしか持たない公知のシステムとは違い、全体的に互いに独立して動く。公知のシステムでは、動作を開始するために１つのアクチュエータしかないため、係合素子セットは互いに関連して動けるが、各係合素子セットの作動は相互依存している。

各フォーク４８、５８は、それぞれの各係合素子セットの溝１０２の周りに約１８０度延びるように配置され、溝１０２内に位置する半環状部分を含む。各係合素子セット３５、３６は、それぞれの各フォーク４８、５８に対して回転可能であり、コネクタ部材１００へ力を加えるアクチュエータ部材４８、５８によって入力シャフト３に沿って軸方向へと動かされる。

アクチュエータ組立体３８は、随意に、コイルバネなどの弾性手段（図示せず）を含むものとできる。バネは、第１および第２の係合素子セット３５、３６にバイアスを掛け、それらがギアホイールと駆動係合し動けない時に、軸方向に動かすように配置されている。例えばフォーク４８、５８は、その遠位端が揺りかご状態に浮かせてあり、バネの動きに対抗して該揺りかごに関して限られた量動けるように配置可能である。アクチュエータは、該揺りかごに作用するように配置してある。係合素子セットに負荷が掛かると、該揺りかごはアクチュエータによって依然動かされているが、係合素子は係合したままで、バネ素子によって係合状態のギアホイールから離れる方向にバイアスを掛けられる。係合素子に負荷が掛からなくなると、それらはバネ素子によってギアホイールからの係合を解除される。

第１および第２のアクチュエータ４６、６４の動作、そしてそれによる第１および第２の係合素子セットの動きは、伝動制御装置９０によって制御される。伝動位置センサ９６が用いられる時には、それらは伝動装置でのセレクタ機構２９、３１、３３の動作状態を判定するために配置される。位置センサ９６は通常、アクチュエータ部材４８、５８の位置、それにより係合素子セットの位置をモニタし、それらがギアホイールに係合しているかどうかを判定する。ただし、用途によっては、同じ効果を得るために、係合素子セットの位置を直接モニタすることもできる。通常、係合素子セットまたはアクチュエータ部材４８、５８と同じ数の位置センサ９６が設けられる。この場合、セレクタ機構２９、３１、３３につき２個の位置センサが設けられ、合計で６個となる。

通常、位置センサ９６は、コンパクトな配置をもたらすためにアクチュエータ４６、６４に含まれるものとできる。位置センサ９６は、ホール効果型センサなどの、いかなる好適なタイプであってもよい。

位置センサ９６を用いない場合は、係合素子セット３５、３６の位置は、伝動装置の既知の配置と係合素子セット３５、３６の制御作動から伝動制御装置９０によって計算される。

伝動制御装置９０は、第１および第２のアクチュエータ４８、６４の動作、およびそれによって第１および第２の係合素子セット３５、３６を制御するように配置された、ソフトウエア駆動の電子論理制御システムである。これはシーケンスプログラミングであり、伝動制御装置９０が自動的に伝動装置を制御し、相反シフトの発生を防止することを可能にする。第１および第２のアクチュエータ４６、６４ならびに第１および第２のアクチュエータ部材を用いて第１および第２の係合素子セット３５、３６の作動制御が全体的に独立して可能であることは、各アクチュエータによって与えられるバイアス力の大きさと与えるタイミングが、独立して、かつ正確に制御できるとの利点がある。これはすなわち、低い回転ギア速度であっても、係合素子セット３５、３６が係合状態のギアホイールから誤って外れないということで、よって駆動力のロスが起こらない。

伝動制御装置９０は、随意に、２つの階層の制御を有することができ、第１階層は、セレクタ機構２９、３１、３３の動作を制御するためのもので、第２のレベルは、第１のレベルの制御の動作をモニタし、第１階層の制御が正しく動作することを保障するものである。

伝動装置８８は、フルオートマチック、すなわち、エンジン制御装置８２が所定の動作状態を検出した時、例えば、エンジン８０が特定のギアで特定の速度に達した時に、ギア選択が伝動制御装置９０によって行われるものとできる。あるいは、ギア選択は、ギア選択入力装置９４、例えば、ギアレバー（マニュアル）またはステアリングホイールに隣接して配置されたスイッチ（セミオートマチック）を始動することで、駆動システムのユーザによって行われるものとできる。伝動装置８８は、オートマチックとマニュアルのモード間で選択が可能なように配置することもできる。

１つのギアセレクタ機構の動作
第１および第２の素子セット３５、３６の動きを、明確にするため、各セットの素子１つのみの相対位置によって図式的に示した図５ａ〜５ｆを参照し、第１のギアセレクタ機構２９の動作を、以下に説明する。

図５ａは、ニュートラル位置の第１および第２の素子セット３５、３６を示すもので、すなわち、どちらの素子セットもギアホイールと係合していない。図５ｂは、入力装置９４からのギアシフト要求に応じて、第１および第２のアクチュエータ４６、６４の作用の下、第１のギアホイール１３との係合に動いた第１および第２の素子セットを示している。好ましくは、クラッチは、第１のギアシフトに対して開いている。

図５ｃは、第１のギアホイール１３が完全に係合した状態を示すもので、すなわち、素子２８、３０が第１のドグ群２０と交互している。第１および第２のアクチュエータ４６、６４は、アクチュエータ部材４８、５８が第１および第２の素子セット３５、３６を第１のギアホイール１３と係合状態に保つように配置されている。よって、減速時には第１の素子セット３５、加速時には第２の素子セット３６によって、第１のギアホイール１３を介して駆動力が入力シャフト３へと伝達される。

第１のギアトレイン５を用いた加速（図５ｃの矢印Ｂの方向に第１のギアホイール１３が回転）中には、第１の素子セット３５の素子の係合面４３には負荷が掛かってないが、第２の素子セット３６の素子の係合面４３には負荷が掛かっている。ユーザまたはエンジン制御装置８２が、第２のギアトレイン７との係合を望んだ場合は、入力信号が入力装置９４またはエンジン制御装置８２から伝動制御装置９０へと送られる。伝動制御装置９０はクラッチアクチュエータ９２へと信号を送り、伝動制御装置９０がクラッチセンサ９３から受け取った信号に基づいてクラッチの入力側および出力側間で相対回転運動（スリップ）を検出するまで、クラッチ締め付け負荷を減らす。例えば、伝動制御装置９０は、回転速度の約１％の差を検出可能である。伝動制御装置９０はまた、第１のアクチュエータ４６を作動させ第１のアクチュエータ部材４８を駆動し、これが第１の素子セット３５の素子２８をスリーブ３４のキー溝４１に沿って軸方向に摺動させ、これによって第１の素子セット３５を第１のギアホイール１３から解放する（図５ｄを参照）。

第２のアクチュエータ６４は、第２のアクチュエータ部材５８を動かし、これにより第２の素子セット３６を第３のギアホイール１７へと動かすように作動される。ただし、第２の素子セット３６には負荷が掛かっている、すなわち、第１のギアホイール１３を駆動しているので、第１のギアホイール１３から解放されることはなく、第２の素子セット３６は静止したまま、第２のアクチュエータ６４から第３のギアホイール１７に向けてバイアスが掛けられている。

第１の素子セット３５が入力シャフト３に沿って軸方向に摺動すると、係合面４３が第２のドグ群２０と係合する（図５ｅを参照）。係合によって生じたトルクのスパイクは、クラッチ８６の入力側および出力側のさらなる相対回転を許容することで最小限に抑えられる。そして素子２８が図５ｅの矢印Ｃの方向に第３のギアホイール１７の駆動を開始し、駆動力が第２のギアトレイン７を介して入力および出力シャフト３、１間で伝達される。これが起きると、第２の素子セット３６に負荷が掛かるのが終わり、第１のドグ群２０から自由に離脱できるようになる。第２の素子セット３６には第２のアクチュエータ６４によってバイアスが掛かっているため、スリーブ３４のキー溝４１に沿って軸方向に摺動し、これによって入力シャフト３からの第１のギアホイール１３の解放を完了する。第２の素子セット３６は、第３のギアホイール１７と係合するまでキー溝４１に沿って摺動し、これによって入力シャフト３との第３のギアホイール１７の係合を完了する（図５ｆを参照）。

伝動制御装置９０は、クラッチアクチュエータ９２を用いてクラッチ締め付け負荷を回復し、エンジン８０の制御を運転者に戻す。

このギアトレイン選択方法は、第２のギアトレイン７が第１のギアトレイン５が解放される前に係合し、よって新たに係合したギアホイールが元のギアホイールをオーバードライブするまで、瞬間的に第１および第２のギアトレイン５、７が同時に係合し、入力シャフト３との回転のためロックされるので、トルクの途切れを実質的になくす。このように、ギアシフトは瞬時のものとなる。

新たなギアに第１および第２の素子セット３５、３６の両方が係合すると、ギアホイールのペアを用いて加速または減速が可能となり、２つの状態間を切り替える時にバックラッシュがほとんど全く発生しない。バックラッシュは、加速から減速へ動く時に加速素子の係合面４３から減速素子の係合面４３へとドグが移動する時、または逆の時に起きる空動きである。通常のドグタイプの伝動システムは約３０度のバックラッシュがある。本発明による典型的な車用の伝動システムではバックラッシュは４度未満である。

バックラッシュは、ギアシフト中に係合部材とドグの間に必要とされる隙間、すなわち、ドグとそれに続く係合部材の隙間（図５ｂの寸法‘Ａ’を参照）を最低限とすることで減少する。ドグとそれに続く係合部材の隙間は、０．５ｍｍ〜０．０３ｍｍの範囲内であり、通常は０．２ｍｍ未満である。バックラッシュはまた、保持角度、すなわち、ドグの係合面２０ａの切り落としの角度と同じである係合面４３の角度に依存する。保持角度は、ドグと係合面４３の間の相対運動の有無に影響する。保持角度が小さいと、発生するバックラッシュも小さくなる。保持角度は通常、０〜１５度である。

減速しながらの第２のギアトレイン７から第１のギアトレイン５への移行も、同様な過程で行われる。

第２のギアトレイン７で減速中には、第１の素子セット３５の素子の係合面４３には負荷が掛かってないが、第２の素子セット３６の素子の係合面４３には負荷が掛かっている。ユーザまたはエンジン制御装置８２が、第１のギアトレイン５との係合を望んだ場合は、信号が入力装置９４またはエンジン制御装置８２から伝動制御装置９０へと送られる。伝動制御装置はクラッチアクチュエータ９２へと信号を送り、伝動制御装置９０がクラッチセンサ９３から受け取った信号に基づいてクラッチの入力側および出力側間で相対回転運動（スリップ）を検出するまで、クラッチ締め付け負荷を減らす。そして伝動制御装置９０は、エンジン制御装置８２を介してエンジン速度を選択されるべき新たなギアホイールへ一致させる。伝動制御装置９０は、第１のアクチュエータ４６を作動させ第１のアクチュエータ部材４８を軸方向に動かし、第１の素子セット３５を、第１のギアホイール１３の方向に、入力シャフト３に沿ってキー溝４１内で軸方向に摺動させ、これによって第１の素子セット３５を第３のギアホイール１７から解放する。

伝動制御システムは、第２のアクチュエータ６４を作動させるが、第２の素子セット３６には負荷が掛かっており、すなわち、第３のギアホイール１７上でドグ２０と駆動係合しているので、静止したままで第１のギアホイール１３に向けて圧迫されている。

第１の素子セット３５がキー溝４１内で軸方向に摺動すると、第１のギアホイール１３上のドグ２０と係合し、第１のギアトレイン５を経由して入力および出力シャフト３、１間でエネルギが伝達されるように第１のギアホイール１３を駆動し始める。係合によって生じたトルクのスパイクは、速度一致ステップにより最小限に抑えられる。しかしトルクのスパイクが生じても、その効果はクラッチ８６の入力側および出力側のさらなる相対回転によって緩和される。これが起きると、第２の素子セット３６に負荷が掛かるのが終わり、第２のアクチュエータ６４のバイアスが、第１のギアホイール１３に向けて、入力シャフト３に沿ってキー溝４１内で軸方向に摺動させ、これによって第３のギアホイール１７の解放を完了する。第２の素子セット３６は、第１のギアホイール１３と係合するまで入力シャフト３に沿ってキー溝４１内を摺動し続け、これによって入力シャフト３との第１のギアホイール１３の係合を完了する。

伝動制御装置９０は、クラッチアクチュエータ９２を用いてクラッチ締め付け負荷を回復し、エンジン８０の制御を運転者に戻す。

高いギアトレインから低いギアトレインへのギアシフトであるが、例えば自動車が丘を登っており運転者が加速して丘を登るために低いギアを選んだ時のように、加速が生じるキックダウンシフトは、駆動素子セットの解放を許容するために短時間のトルクの途切れを必要とする。例えば、２番のギアで加速する時には、第３のギアホイール１７が第１および第２の係合素子セット３５、３６と完全係合し、第１の素子セット３５はドグ２０と駆動係合している。キックダウンシフトが入力装置９４を介してユーザにまたはエンジン制御装置８２によって要求されると、伝動制御装置９０は、クラッチの入力側および出力側間の相対回転運動（スリップ）がクラッチセンサ９３の測定値を介して伝動制御装置９０によって検出されるまで、クラッチアクチュエータ９２を用いてクラッチ締め付け負荷を減少させる。そしてエンジン速度は、新たなギア速度（この場合、１番のギア）と一致するように調整され、これは通常、エンジン速度を増加させることを含む。伝動制御装置９０は、各ギアトレインのギア比に関する情報を用いてプログラムされ、かつ現在係合しているギアと選択されるべき新たなギアを決定することが可能なため、速度を一致させることができる。このようにエンジン速度を一致させることで、新たなギアに係合した時に平滑作用があり、ギア選択時の車両の揺れが防止される。クラッチ締め付け負荷はこの時、新たな比の速度を維持するために、スロットルに合わせさらに減少される。ここで負荷の掛かった３５と負荷の掛かってない素子セット３６は、第１および第２のアクチュエータ４６、６４を作動させることで、負荷の掛かってないセット３６が第１のギアホイール１３を係合する前に、負荷の掛かったセットが第３のギアホイール１７を解放するように、第３のギアホイール１７から解放される。係合によって生じたトルクのスパイクは、速度一致ステップによって最小限に抑えられる。しかしトルクのスパイクが生じても、その効果はクラッチ８６の入力側および出力側のさらなる相対回転によって緩和される。実際には、クラッチによって伝達可能なトルクは、ゼロ、ほぼゼロ、あるいはアクチュエータ４６、６４が負荷の掛かった係合素子セット３５を解放する前に係合セットを動かせるように少なくとも十分に小さくなるまで減らされることが好ましい。シフトは完全には瞬時のものではないが、非常に早く、従来の方法よりもパワーの途切れが少なく、運転者に気づかれることもない。そして第１の素子セット３５が横断して第１のギアホイール１３と係合し、キックダウンシフトを完了させる。この後、エンジン制御装置８２によってトルクが元に戻され、クラッチアクチュエータ９２によってクラッチ締め付け負荷が回復され、エンジン８０の制御がユーザに戻される。

あるいは、負荷の掛かってない第２の素子セット３６は、第３のギアホイール１７から解放された時、負荷の掛かった第１の素子セット３５が第３のギアホイール１７から解放される後まで、ニュートラル位置に保持されてもいい。そして第２の素子セット３６が動かされて第１のギアホイール１３と係合し、その後、トルクとクラッチが元に戻される。このシフトは瞬時のものではない。

伝動装置の配置
図１ｂに示される伝動装置の構成においては、全てのセレクタ機構２９、３１、３３が入力シャフト３上に取り付けられている。伝動装置は、第１のギアセレクタ機構２９の第１の係合素子セット３５の減速駆動面が第１のギアホイール１３と係合可能であり、加速駆動面が第３のギアホイール１７と係合可能であるように配置されている（図１を参照）。第１のギアセレクタ機構２９の第２の係合素子セット３６は、加速駆動面が第１のギアホイール１３と係合可能であり、減速面が第３のギアホイール１７と係合可能であるように配置されている。

第２のセレクタ機構３１の第１の係合素子セット３５は、減速駆動面が第５のギアホイール２１と係合可能であり、加速駆動面が第７のギアホイール２５と係合可能であるように配置されている。第２の係合素子セット３６は、加速駆動面が第５のギアホイール２１と係合可能であり、減速面が第７のギアホイール２５と係合可能であるように配置されている。

第３のセレクタ機構３３の第１の係合素子セット３５は、減速駆動面が第９のギアホイール１６と係合可能であり、加速駆動面が第１１のギアホイール２２と係合可能であるように配置されている。第２の係合部材セット３６は、加速駆動面が第９のギアホイール１６と係合可能であり、減速面が第１１のギアホイール２２と係合可能であるように配置されている。

２つのギアセレクタ機構の動きを必要とする新たなギアの選択
公知の瞬時伝動装置に存在する故障モードの１つは、２つのギアセレクタ機構の動きを必要とするシフト中、例えば、２番と３番のギア間で選択する時にトルクの逆転が起きると、最悪の場合は伝動装置がロックアップし、破滅的な故障を生むというものである。本発明は、この問題に３つの方法で対処する：（１）新たなギア比との係合前に伝動装置のトルク方向と反対方向に係合面４３を有する係合素子セットを解放する、（２）伝動装置８８に加えられるトルクを制御し、ギアシフト中にトルクが方向を変えないことを保証する、および（３）安全検査ルーチンを行い、シフト開始前に、伝動システム内の状態がシフトが起きることを許容するのに好適であることを保証する。

新たなギア比との係合前に伝動装置のトルク方向と反対方向に係合面４３を有する係合素子セットを解放することは、通常、負荷の掛かってない素子セットを動かして現在係合しているギアホイールとの係合を解除し、ニュートラル位置とすることを含む。大半の場合、他のセレクタ機構は、ギアシフトが始まった時に既にニュートラル位置にあり、よってギアシフトを行う前にそれらの係合素子セットを動かす必要はない。新たなギア比との係合前に伝動装置のトルク方向と反対方向に係合面４３を有する係合素子が解放され、ギアシフト中にトルクの逆転が起こると、係合している素子セットのランプ面４５が、ドグ２０を通り過ぎることができるように係合している素子セットを係合しているギアホイールの外側へ動かすので、伝動装置８８はロックアップしない。

伝動装置８８に加えられるトルクを制御し、ギアシフト中にトルクが方向を変えないことを保証することは、伝動制御装置９０によって行われ、クラッチセンサ９３の少なくとも１個からの測定値から、および／またはセンサシステム８４を用いて、シフト前に伝動装置のトルク方向を判定し、エンジン制御装置８２を用いてエンジン８０の出力を、および／または、クラッチアクチュエータ９２を用いてクラッチ８６によって伝達されるトルクを制御する。この処理は、伝動装置に加えられるトルクの制御に柔軟性をもたらし、また、クラッチ締め付け負荷が、新たなギアホイールの係合時に生じるトルクのスパイクを吸収するように調整可能なため、スムーズなギアシフトを可能とするのに役立つ。

伝動制御装置９０は、係合部材を動かす前に検査ルーチンを行い、シフトが無事行える状態であること、すなわち、ロックアップが起きないことを保証する。これは係合部材セットの位置および伝動装置のトルク方向の確認を含む。新たなギアホイールを新たなギアセレクタ機構に係合するには状態が適当ではないと装置９０が判定すると、伝動制御装置９０はギアシフトを中断するか、例えば１〜８０ｍｓの短時間、または状態が続行に適当であると判定されるまで、係合を延期することができる。例えば、シフトを妨げているイベントが、所定時間内、例えば１０ｍｓの休止を引き起こして終われば、伝動制御装置９０はこれを認識し、シフトを実行するものとできる。制御装置９０は、イベントが終わった後、シフトを起こす前に、例えば１〜２０ｍｓの所定時間、待機を命じられ、伝動装置がシフトを行うのに十分安定していることを保証することもできる。１００ｍｓ未満で発生するイベントは通常、車両の運転者には感知されないので、これは運転者によって認知されるシフトの質に影響は及ぼさない。

上述の故障モードに対処する３つの方法は、伝動装置８８において互いに独立して、あるいは一緒に用いることができる。例えばソフトウエア障害によりいずれか１つの動作がうまく行かなかったとしても、他の方法がバックアップシステムとして作用するため、最良の結果は３つの方法すべてを用いることで得られる。また、新たなギア比との係合前に伝動装置のトルク方向と反対方向に係合面４３を有する係合素子セットを解放することは、単独でロックアップを防止できるが、騒がしいし、構成部品をすり減らすので、係合素子が暴れて係合が外れるのは望ましくない。さらに、伝動装置のトルク方向と反対方向に係合面４３を有する係合素子が解放されていないと、短時間のトルクの途切れが現在のギアから係合している素子セットを取り除くのに必要なこともあるため、キックダウンシフト（加速ダウンシフト）を行う時に問題を生じることがある。

２つのギアセレクタ機構の動きを必要とする新たなギアの選択について、以下の状況下での２番および３番のギア間でのギアチェンジの順番を示す図６ａ〜９ｄを参照して以下に説明する：（１）加速アップシフト（図６ａ〜ｄ）、（２）減速アップシフト（図７ａ〜ｄ）、（３）加速ダウンシフト（図８ａ〜ｄ）、および（４）減速ダウンシフト（図９ａ〜ｄ）。ただし、一般的な原理は、２つのセレクタ機構の動きを必要とする他のいかなるギアシフト、例えば、５速または６速の伝動装置における４番および５番のギア間での選択時、にも当てはまる。

加速アップシフト
２番のギアで加速する際には、第１のギアセレクタ機構２９の第１の素子セット３５が第３のギアホイール１７上のドグ２０に駆動係合し、第２の素子セット３６には負荷が掛かってない。第２のギアセレクタ機構３１の第１および第２の係合素子セット３５、３６は、ニュートラル位置にある（図６ａを参照）。エンジン制御装置８２からまたは入力装置９４を介してユーザによってギアチェンジが開始されると、伝動制御装置９０が、好ましくは、クラッチセンサ９３および／またはセンサシステム８４から伝動装置のトルク方向を判定し、この場合、それは加速方向である。伝動制御装置９０はこれから、どの素子セットに負荷が掛かり、どのセットに負荷が掛かってないかを判定する。伝動制御装置９０は、クラッチアクチュエータ９２に信号を送り、伝動制御装置９０がクラッチの入力側および出力側間に、好ましくはクラッチセンサ９３から受け取った信号を介して相対回転運動（スリップ）を検出するまで、クラッチ締め付け負荷を減少させ、エンジン制御装置８２に指示し、選択される新たなギアホイール２１へとエンジン速度を一致させる。伝動制御装置９０は、第２のアクチュエータ６４を作動させ、減速素子を動かして第３のギアホイール１７との係合を解除する（図６ｂを参照）。エンジン制御装置８２はエンジン８０の出力を調整し、および／または、クラッチアクチュエータ９２はクラッチ締め付け負荷を調整し、伝動装置のトルクがシフト中、加速方向のままであることを保証する。減速素子が解放されると、伝動制御装置９０は、状態がシフトを行うのにふさわしいかを判定し、もしそうなら、第２のセレクタ機構３１の加速素子３６を動かし、第５のギアホイール２１上のドグ２０と係合させる（図６ｃを参照）。状態がふさわしくなければ、制御装置９０はギアシフトを中断する。

第５のギアホイール２１が係合すると、一瞬、駆動力が入力および出力シャフト３、１間を、２番および３番のギアを介して同時に伝達される。係合によって生じるトルクのスパイクは、速度一致ステップによって最小限に抑えられる。しかしトルクのスパイクが生じても、その効果はクラッチ８６の入力側および出力側のさらなる相対回転によって緩和される。第５のギアホイール２１が係合すると、第１のセレクタ機構の加速素子と第３のギアホイール１７上のドグ２０間の締め付け負荷が十分に減らされ、第１のアクチュエータ４６を作動させる伝動制御装置９０によって第１の加速素子が第３のギアホイール１７から離脱可能とする。そして伝動制御装置９０は、第５のギアホイール２１に対する減速素子３５を動かし、第５のギアホイール２１と係合させ、３番のギアと完全に係合させる（図６ｄを参照）。

クラッチ締め付け負荷はクラッチアクチュエータ９２によって回復され、エンジン８０の制御が運転者に戻される。

減速アップシフト
２番のギアで減速する際には、第１のギアセレクタ機構２９の第２の素子セット３６が第３のギアホイール１７上のドグ２０に係合し、第１の素子セット３５には負荷が掛かってない。第２のギアセレクタ機構３１の第１および第２の係合素子セット３５、３６は、ニュートラル位置にある（図７ａを参照）。エンジン制御装置８２からまたは入力装置９４を介してユーザによってギアチェンジが開始されると、伝動制御装置９０が、好ましくは、センサシステム８４および／またはクラッチセンサ９３から伝動装置のトルク方向を判定し、この場合、それは減速方向である。伝動制御装置９０はこれから、どの素子が動いて第３のギアホイール１７から係合が解除されるのかを判定するもので、この場合、それは負荷の掛かってない加速素子である。伝動制御装置９０は、クラッチアクチュエータ９２に信号を送り、クラッチセンサ９３がクラッチ８６の入力側および出力側間に相対回転運動（スリップ）を検出するまで、クラッチ締め付け負荷を減少させ、エンジン制御装置８２に指示し、選択される新たなギアホイール２１へとエンジン速度を一致させる。伝動制御装置９０はまた、第１のアクチュエータ４６を作動させ、加速素子を動かして第３のギアホイール１７との係合を解除する（図７ｂを参照）。エンジン制御装置８２はエンジン８０の出力を調整し、および／または、クラッチアクチュエータ９２はクラッチ締め付け負荷を調整し、伝動装置のトルクがシフト中、減速方向のままであることを保証する。加速素子３５が解放されると、伝動制御装置９０は、状態がシフトを行うのにふさわしいかを判定し、もしそうなら、第２のセレクタ機構３１の減速素子３５を動かし、第５のギアホイール２１上のドグ２０と係合させる（図７ｃを参照）。状態がふさわしくなければ、制御装置９０はギアシフトを中断する。

第５のギアホイール２１が係合すると、一瞬、駆動力が入力および出力シャフト３、１間を、２番および３番のギアを介して同時に伝達される。係合によって生じるトルクのスパイクは、速度一致ステップによって最小限に抑えられる。しかしトルクのスパイクが生じても、その効果はクラッチ８６の入力側および出力側のさらなる相対回転によって緩和される。第５のギアホイール２１が係合すると、第１のセレクタ機構２９の減速素子３６と第３のギアホイール１７上のドグ２０間の締め付け負荷が十分に減らされ、第２のアクチュエータ６４を作動させる伝動制御装置９０によってそれらが第３のギアホイール１７から離脱可能とする。伝動制御装置９０はまた、第５のギアホイール２１に対する加速素子３６を動かし、第５のギアホイール２１と係合させ、３番のギアと完全に係合させる（図７ｄを参照）。

クラッチ締め付け負荷はクラッチアクチュエータ９２によって回復され、エンジン８０の制御が運転者に戻される。

加速ダウンシフト（キックダウンシフト）
３番のギアで加速する際には、第２のギアセレクタ機構３１の第２の素子セット３６が第５のギアホイール２１上のドグ２０に駆動係合し、第１の素子セット３５には負荷が掛かってない。第１のギアセレクタ機構２９の第１および第２の係合素子セット３５、３６は、ニュートラル位置にある（図８ａを参照）。エンジン制御装置８２からまたは入力装置９４を介してユーザによってギアチェンジが開始されると、伝動制御装置９０が、好ましくは、センサシステム８４および／またはクラッチセンサ９３から伝動装置のトルク方向を判定し、この場合、それは加速方向である。伝動制御装置９０はこれから、どの素子が動いて第３のギアホイール１７から係合が解除されるのかを判定するもので、この場合、それは負荷の掛かってない減速素子３５である。クラッチアクチュエータ９２は、伝動制御装置９０がクラッチ８６の入力側および出力側間に相対回転運動（スリップ）を検出するまで、クラッチを調整する。伝動制御装置９０はまた、エンジン制御装置８２に指示し、エンジン速度が新たなギア速度と一致するように調整し、第３のギアホイール１７が係合した時に実質的に同じ車両速度を保てるようにし、クラッチ締め付け負荷を必要に応じて調整する。伝動制御装置９０は、各ギアトレインのギア比に関する情報を用いてプログラムされ、かつ位置センサ９６によって現在係合しているギアを、エンジン制御装置８２または入力装置９４のいずれかから受け取った入力から選択されるべき新たなギアを判定可能なため、エンジン制御装置８２にはこうしたことが可能となる。このようにエンジン速度を一致させることで、新たなギアに係合した時に平滑作用があり、ギア選択時の車両の揺れが防止される。伝動制御装置９０は、第２のアクチュエータ６４を作動させ、減速素子を動かして第５のギアホイール２１との係合を解除する（図８ｂを参照）。減速素子が解放されると、伝動制御装置９０は、状態がシフトを行うのにふさわしいかを判定し、もしそうなら、第１のセレクタ機構２９の加速素子を動かし、第３のギアホイール１７上のドグ２０と係合させる（図８ｃを参照）。状態がふさわしくなければ、伝動制御装置９０はギアシフトを中断する。

第３のギアホイール１７が係合すると、一瞬、駆動力が入力および出力シャフト３、１間を、２番および３番のギアを介して同時に伝達される。エンジン制御装置８２はエンジン８０の出力を調整し、および／または、クラッチアクチュエータ９２はクラッチ締め付け負荷を調整し、伝動装置のトルクがシフト中、加速方向のままであることを保証する。伝動制御装置９０は、第２のアクチュエータ６４を作動させ、加速素子３６が動かされて第５のギアホイール２１から係合を解除される。伝動制御装置９０はまた、第３のギアホイール１７に対する減速素子３６を動かし、第３のギアホイール１７と係合させ、２番のギアと完全に係合させる（図８ｄを参照）。

エンジン制御装置８２は、エンジン出力に対して必要な調整を行い、その後、エンジンの制御を運転者へと戻す。クラッチアクチュエータ９２はクラッチ締め付け負荷を完全に回復する。

減速ダウンシフト
３番のギアで減速する際には、第２のギアセレクタ機構３１の第１の素子セット３５が第５のギアホイール１７上のドグ２０に係合し、第２の素子セット３６には負荷が掛かってない。第１のギアセレクタ機構２９の第１および第２の係合素子セット３５、３６は、ニュートラル位置にある（図９ａを参照）。エンジン制御装置８２からまたは入力装置９４を介してユーザによってギアチェンジが開始されると、伝動制御装置９０が、好ましくは、センサシステム８４および／またはクラッチセンサ９３から伝動装置のトルク方向を判定し、この場合、それは減速方向である。伝動制御装置９０はこれから、どの素子が動いて第５のギアホイール２１から係合が解除されるのかを判定するもので、この場合、それは負荷の掛かってない加速素子３６である。伝動制御装置９０は、クラッチアクチュエータ９２に信号を送り、制御装置９０がクラッチの入力側および出力側間に相対回転運動（スリップ）を検出するまで、クラッチ締め付け負荷を減少させ、エンジン制御装置８２に指示し、選択される新たなギアホイールへとエンジン速度を一致させる。伝動制御装置９０は、第２のアクチュエータ６４を作動させ、加速素子３６を動かして第５のギアホイール２１との係合を解除し（図９ｂを参照）、エンジン８０の出力を調整するようにエンジン制御装置８２に、および／または、クラッチ締め付け負荷を調整するようにクラッチアクチュエータ９２に指示し、伝動装置のトルクがシフト中、減速方向のままであることを保証する。加速素子３５が解放されると、伝動制御装置９０は、状態がシフトを行うのにふさわしいかを判定し、もしそうなら、第１のセレクタ機構２９の減速素子３６を動かし、第３のギアホイール１７上のドグ２０と係合させる（図９ｃを参照）。状態がふさわしくなければ、制御装置９０はギアシフトを中断する。

第３のギアホイール１７が係合すると、一瞬、駆動力が入力および出力シャフト３、１間を、２番および３番のギアを介して同時に伝達される。係合によって生じるトルクのスパイクは、速度一致ステップによって最小限に抑えられる。しかしトルクのスパイクが生じても、その効果はクラッチ８６の入力側および出力側のさらなる相対回転によって緩和される。第３のギアホイール１７が係合すると、第２のセレクタ機構３１の減速素子３５と第５のギアホイール２１上のドグ２０間の締め付け負荷が十分に減らされ、第１のアクチュエータ４６を作動させる伝動制御装置９０によってそれらが第５のギアホイール２１から離脱可能とする。伝動制御装置９０はまた、第３のギアホイール１７に対する加速素子３５を動かし、第３のギアホイール１７と係合させ、２番のギアと完全に係合させる（図９ｄを参照）。

クラッチ締め付け負荷はクラッチアクチュエータ９２によって回復され、エンジン８０の制御が運転者に戻される。

本発明の範囲内において上述の実施の形態に対して変更を加えることが可能である。例えば、上述の構成を入力シャフト３上に取り付けられた任意の数のセレクタ機構に対して繰り返すことができる。また、セレクタ組立体および回転可能に取り付けられたギアホイールが出力シャフト上に、固定ギアホイールが入力シャフトに取り付けられてもよい。

瞬時式ギアセレクタ機構の使用は、ギアチェンジ中の駆動力の途切れが実質的になくなるため、性能向上、燃料消費の減少、および排出の減少につながる。またこのシステムは、従来のギアボックスよりずっとコンパクトなデザインであり、ギアボックスの重量の減少につながる。

伝動システムは、例えば、道路自動車、レース自動車、貨物自動車、オートバイ、自転車、電車、路面電車、バス、ブルドーザーや掘削機などの土砂除去車両、クレーン、ホバークラフトや船などの船舶、飛行機やヘリコプタを含む航空機、軍事車両といった、いかなる車両にも利用可能である。このシステムはまた、移動システムや、旋盤、フライス盤、そして専用製造システムを含む製造装置などの、駆動力が回転体の１つから他方へと速度およびトルク特性を変えながら伝達される第１および第２の回転体を有するいかなる装置にも利用可能である。

Claims (17)

1. 第１のシャフトに回転可能に取り付けられた第１および第２のギア素子と、第１のシャフトとの回転のために第１のギア素子を選択的にロックするための第１のギアセレクタ組立体と、第１のシャフトとの回転のために第２のギア素子を選択的にロックするための第２のギアセレクタ組立体を有する伝動システムでギアシフトを行うための方法であり、ここで各ギアセレクタ組立体は、第１および第２の係合部材セットと、第１のシャフトとの回転のために各ギア素子をロックするために第１および第２の係合部材セットを作動させるためのアクチュエータシステムを有し、
   ここで前記アクチュエータシステムは、第１の係合部材セットを動かすための第１のアクチュエータ部材、第２の係合部材セットを動かすための第２のアクチュエータ部材、第１のアクチュエータ部材を作動させるための第１のアクチュエータ装置、および第１のアクチュエータ装置とは独立して第２のアクチュエータ部材を作動させるための第２のアクチュエータ装置を備え、
   前記選択は、第１のシャフトとの回転のためにギア素子を時計回り方向および反時計回り方向にロックする、第１のシャフトとの回転のためにギア素子を時計回り方向にロックするが反時計回り方向にはロックしない、第１のシャフトとの回転のためにギア素子を反時計回り方向にロックするが時計回り方向にはロックしない、ことを含む動作モードからなり、前記第１のギアセレクタ組立体と前記第２のギアセレクタ組立体とは分離されており、制御システムは伝動システムの動作を制御するためのもので、第１のギア素子が第１のシャフトとの回転のために加速および減速方向に前記第１のギアセレクタ組立体によってロックされている状態からスタートし、駆動力が伝達され、前記第１および第２の係合部材セットのひとつが係合すべきギア素子と駆動しながら係合し、他方のセットは負荷されていない状態にある時、第１のギア素子から負荷の掛かってない係合部材セットを解放し、前記第２のギア素子を第２のギアセレクタ組立体と共にその組立体に対応した係合部材セットを用いて選択することを含む方法。
2. 加速アップシフトを行う時、第２のギアセレクタ組立体がその加速係合部材セットで第２のギア素子と係合する前に、減速係合部材セットを動かし第１のギア素子から係合を解除することを含む請求項１に記載の方法。
3. 減速アップシフトを行う時、第２のギアセレクタ組立体がその減速係合部材セットで第２のギア素子と係合する前に、加速係合部材セットを動かし第１のギア素子から係合を解除することを含む請求項１または２に記載の方法。
4. 第２のギア素子が第１のシャフトとの回転のために加速および減速方向にロックされている状態からスタートし、駆動力が伝達され、前記第１および第２の係合部材セットのひとつが係合すべきギア素子と駆動しながら係合し、他方のセットは負荷されていない状態にある時、第２のギア素子から負荷の掛かってない係合部材セットを解放し、対応する係合部材セットで第１のギア素子を選択することを含む請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 加速ダウンシフトを行う時、第１のギアセレクタ組立体がその加速係合部材セットで第１のギア素子と係合する前に、減速係合部材セットを動かし第２のギア素子から係合を解除することを含む請求項４に記載の方法。
6. 減速ダウンシフトを行う時、第１のギアセレクタ組立体がその減速係合部材セットで第１のギア素子と係合する前に、加速係合部材セットを動かし第２のギア素子から係合を解除することを含む請求項４または５に記載の方法。
7. どの係合部材セットが動いて係合状態のギア素子から係合を解除されるのか確認するために、伝動装置のトルク方向を判定することを含む請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
8. 少なくとも１つの伝動パラメータを測定することを含み、制御システムは、測定されたパラメータから伝動装置のトルク方向を判定する請求項７に記載の方法。
9. 少なくとも１個の伝動装置構成要素の回転速度をモニタし、回転速度の変化率を計算することでトルク方向を判定することを含む請求項８に記載の方法。
10. どのギアが現在係合状態であるかを判定することを含む請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
11. 新たなギア素子と係合する前に、クラッチ装置の入力側および出力側間で相対運動が起きるまでクラッチ装置のクラッチ締め付け負荷を減らすことを含む請求項１０に記載の方法。
12. クラッチ装置の入力側及び出力側の少なくとも一方の回転速度をモニタすることを含む請求項１１に記載の方法。
13. スリップ状態を維持するためにクラッチ板間の締め付け負荷を調整することを含む請求項１１または１２に記載の方法。
14. 新たなギア素子に係合する前に、駆動源速度を調整し新たなギア速度と一致させることを含む請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
15. 伝動システムのトルクがギアシフト中に方向を変えないことを保証するために、伝動装置へ加えられるトルクを調整することを含む請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
16. 伝動システムのトルクがギアシフト中に方向を変えないことを保証するために、駆動源速度および／またはクラッチ締め付け負荷を調整することを含む請求項１５に記載の方法。
17. 伝動装置のロックアップなしにギアシフトが行えるかを判定するために検査ルーチンを行い、ギアシフトを無事に行えないと検査ルーチンが示した場合、ギアシフトを中断することを含む請求項１〜１６のいずれかに記載の方法。

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