JP5728988B2 - 自動変速装置のシフト制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の自動変速装置に係り、特にシフト挙動中のギアイン時の異音低減を図った自動変速装置のシフト制御装置に関するものである。

車両の自動変速装置（Ｇｅａｒ Ｓｈｉｆｔ Ｕｎｉｔ：以下ＧＳＵと略）は、マニュアルトランスミッションを自動変速化する装置である。

ＧＳＵの作動は、１）マニュアルトランスミッションの操作である車両軸方向の作動＝ギアを入れたり抜いたりする作動と、２）車両幅方向の作動＝ギアを入れるゲートを選択する作動に分かれる。

上記１）、２）の作動について、１）と２）には各々独立したアクチュエータが１つないし２つで構成され、上記アクチュエータを各々制御して、マニュアルトランスミッションの操作に相当する１）と２）の作動を行う。

上記アクチュエータはＴＣＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｏｄｕｌｅ）と呼ばれる制御装置と位置センサによって制御され、作動目標位置に達するまでアクチュエータが推力を出力し、作動目標に達した場合に推力を停止させることで作動を行う。

現行ＧＳＵは、特許文献１等に示されるようにアクチュエータにソレノイドを使用しており、ソレノイドの制御に対する推力の発生の応答性が遅いことが原因で、上記１）、２）の作動で突き当て位置で停止させている。

特開２００４−１９７７７２号公報 特開２００２−３４９６９７号公報

しかしながら、上記の問題点として下記が挙げられる。

（１）停止位置でＧＳＵの構成部品をストッパに突き当てて停止させるため、突き当てに接触した時に異音がする。

そこで、シフト操作を行うアクチュエータをソレノイドからモータとボールスクリュを用いシフトロッドを操作することが試みられている（特許文献２）。

しかしながら、以下の問題点が挙げられる。

（２）ＧＳＵの構成部品にボールスクリュを使用した場合、突き当てに接触した衝撃で圧痕が発生し、耐久性が劣る。

（３）上記（２）に記載の圧痕発生の対策として衝撃緩衝用ばねを設置した装置もあるが、可動部へばねを追加することで重量が増加する他、変速時間の遅延、またアクチュエータ推力増強によるエネルギー損失が大きくなり燃費が悪化する。またばね部品は緩衝にある程度の変位が必要となり装置の増大化が考えられる。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、シフトロッドをモータで制御する際の異音発生を防止できる自動変速装置のシフト制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、自動変速装置のシフトロッドのシフトをボールスクリュとそのボールスクリュを回転するシフトモータで行う自動変速装置のシフト制御装置において、前記シフトモータの回転数を制御するモータドライバと、変速時に前記シフトロッドの変位量を検出するセンサと、該センサの検出値が入力されると共に前記モータドライバから前記シフトモータに出力するディーティ比を制御して前記シフトモータを可変に制御するＴＣＭとを備え、前記ＴＣＭが、シフト変速開始時に、前記シフトロッドが中立位置から変速位置までのある距離（閾値１）までは、前記シフトモータをシフト方向に所定の推力で移動するよう前記モータドライバから出力するデューティ比を制御し、前記センサの検出値から、前記シフトロッドが前記閾値１を超え目標位置に達する前の距離（閾値２）に達するまで、前記シフトモータが制動されるように前記デューティ比を維持したまま、前記シフトロッドの前記シフト方向の移動とは逆方向に前記シフトモータを駆動し、その後、目標位置まで前記シフトロッドがシフトするに必要な最小限の推力が得られるように前記モータドライバから出力するデューティ比を制御する制御機能を備えたことを特徴とする自動変速装置のシフト制御装置である。

請求項２の発明は、前記シフトロッドは、そのシフトロッドに設けられたシフトブロックが、シフト方向に往復移動自在に設けられたインターナルレバに係合してシフト方向に移動され、前記ボールスクリュに設けられたボールナットにシフトレバが係合し、そのシフトレバが前記インターナルレバに係合して前記シフトロッドをシフト方向に移動する請求項１記載の自動変速装置のシフト制御装置である。

請求項３の発明は、前記ボールスクリュには、ドリブンギアが設けられ、そのドリブンギアと噛合する２つのドライブギアが設けられ、その２つのドライブギアがそれぞれシフトモータで回転される請求項２記載の自動変速装置のシフト制御装置である。

請求項４の発明は、前記ボールナットには、そのシフト方向の移動で回動するセンサレバが設けられ、前記センサはそのセンサレバの回転角を検出し、その回転角が閾値を超えたときに前記ＴＣＭの制御機能がシフト方向の移動とは逆方向にモータドライバを制御する請求項２又は３記載の自動変速装置のシフト制御装置である。

本発明は、シフト変速時にストッパ突き当て時の異音発生を抑制することができると共にボールスクリュの耐久性を向上できるという優れた効果を発揮する。

本発明の自動変速装置のシフト制御装置において、ＴＣＭの制御機能によるシフトモータの制御フローを示す図である。 本発明において、シフト操作時のシフトロッドの時間に対するシフト変位を示す図である。 本発明において、シフトモータを駆動するシフトドライバの時間に対するディーティ比の制御を説明する図である。 本発明において、ＴＣＭとモータドライバとモータのブロック図を示す図である。 本発明において、セレクトモータと第１シフトモータと第２シフトモータでインターナルレバを駆動してシフトチェンジを操作する駆動系を説明する概略図である。 本発明の自動変速装置のスケルトン図である。 本発明において、セレクトモータと第１シフトモータと第２シフトモータでインターナルレバを駆動する機構の要部斜視図である。 図７において、第１シフトモータと第２シフトモータで駆動されるボールスクリュとインターナルレバの関係を示す斜視図である。 図７において、第１シフトモータと第２シフトモータで駆動されるボールスクリュとインターナルレバの関係を示す側面図である。

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

先ず、図６により、自動変速装置１０のスケルトンを説明する。

自動変速装置１０は、エンジン（図示せず）にクラッチＣＬを介して自動変速装置１０の主入力軸１１が接続され、自動変速装置１０の出力軸１２が、図示していないプロペラシャフト、ディファレンシャル等を介して後輪に連結される。

この自動変速装置１０は、主入力軸１１と同軸上に副入力軸１３が設けられ、主入力軸１１と副入力軸１３に、平行にカウンタ軸１４が設けられ、主入力軸１１とカウンタ軸１４の入力側に３ｒｄギア段１５が設けられ、主入力軸１１の回転が３ｒｄギア段１５を介してカウンタ軸１４に伝達され、カウンタ軸１４から各段のギアを介して副入力軸１３に伝達されるようになっている。

副入力軸１３とカウンタ軸１４には、入力側から出力側にかけて４ｔｈギア段１６、２ｎｄギア段１７、１ｓｔギア段１８、１ｓｔより低速のクローラＣのギア段１９と、リバースＲのギア段２０とが設けられる。３ｒｄギア段１５と４ｔｈギア段１６のスプライン１５ｓ、１６ｓ間と、２ｎｄギア段１７と１ｓｔギア段１８のスプライン１７ｓ、１８ｓ間と、クローラＣのギア段１９とリバースＲのギア段２０のスプライン１９ｓ、２０ｓ間とに位置した副入力軸１３にはそれぞれスプライン１３ａ、１３ｂ、１３ｃが設けられる。スプライン１３ａには、３ｒｄギア段１５と４ｔｈギア段１６のスプライン１５ｓ、１６ｓと選択的に係合するシフトスリーブ２１ａが設けられ、スプライン１３ｂには、２ｎｄギア段１７と１ｓｔギア段１８のスプライン１７ｓ、１８ｓに選択的に係合するシフトスリーブ２１ｂが設けられ、スプライン１３ｃには、クローラＣのギア段１９とリバースＲのギア段２０のスプライン１９ｓ、２０ｓに選択的に係合するシフトスリーブ２１ｃが設けられ、これらシフトスリーブ２１ａ、２１ｂ、２１ｃが、各段のスプライン１５ｓ〜２０ｓに選択的に係合することで、主入力軸１１の回転が、所定のギア比でスプライン１３ａ〜１３ｃを介して副入力軸１３に伝達される。

副入力軸１３は、遊星歯車装置２２を介して出力軸１２と連結される。遊星歯車装置２２は、副入力軸１３の端部に連結されたサンギア２３と、サンギア２３の外周に噛合する複数のプラネタリギア２４と、プラネタリギア２４の外周に噛合するリングギア２５とからなり、複数のプラネタリギア２４を支持するキャリア１２ｃが出力軸１２に一体に連結される。

リングギア２５には、出力軸１２を覆って二重となる管軸２６が設けられ、その管軸２６にスプライン２６ｓが設けられ、そのスプライン２６ｓを境に、ミッションケース２７に固定された固定スプライン２７ｓと、出力軸１２に設けられたスプライン１２ｓが設けられる。またスプライン２６ｓには、固定スプライン２７ｓと出力軸１２のスプライン１２ｓと選択的に係合するレンジギア用シフトスリーブ２８が設けられる。このレンジギア用シフトスリーブ２８は、シフトフォーク２９を介して油圧シリンダや電磁ソレノイドからなるアクチュエータ３０で駆動され、レンジギア用シフトスリーブ２８が、固定スプライン２７ｓと係合した位置では、１ｓｔ〜４ｔｈのローギア段となり、出力軸１２のスプライン１２ｓと係合した位置では、５〜８ｔｈのハイギア段となる。

クローラＣ、リバースＲ、１ｓｔ〜４ｔｈからなるメインギアをシフトするシフトスリーブ２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、３本のシフトフォーク３１ａ、３１ｂ、３１ｃで、それぞれ係合位置に移動される。シフトフォーク３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、シフトロッド３２ａ、３２ｂ、３２ｃに連結され、シフトロッド３２ａ、３２ｂ、３２ｃにシフトブロック３３ａ、３３ｂ、３３ｃが連結され、そのシフトブロック３３ａ、３３ｂ、３３ｃのいずれかにインターナルレバ３４が係合するように回動してシフトチェンジするギア段をセレクトする。その後、インターナルレバ３４がシフト方向に移動されることで、シフトブロック３３ａ、３３ｂ、３３ｃを介してシフトロッド３２ａ、３２ｂ、３２ｃが軸方向に移動され、シフトフォーク３１ａ、３１ｂ、３１ｃを介してシフトスリーブ２１ａ、２１ｂ、２１ｃを中立位置から係合位置に移動してシフトチェンジが行えるようになっている。

シフトロッド３２ａ、３２ｂ、３２ｃの両端は、支持筒３５、３５で軸方向移動自在に設けられ、シフトロッド３２ａ、３２ｂ、３２ｃの端部には３つのディテント溝３６が形成され、その端部を支持する支持筒３５には、ディテント溝３６に係合するディテントボールとスプリングからなるディテント機構３８が設けられ、シフトスリーブ２１ａ、２１ｂ、２１ｃの中立位置と、シフトスリーブ２１ａ、２１ｂ、２１ｃのシフト係合位置を保持できるようになっている。

なお、後述するがシフト操作は、出力軸１２に設けた出力軸回転センサ３７の検出値がＴＣＭに入力され、そのＴＣＭにより自動変速されるが、ＴＣＭが、クラッチＣＬを断としてシフトスリーブ２１ａ、２１ｂ、２１ｃを、スプライン１５ｓ〜２０ｓに係合する際に、カウンタ軸１４側の４ｔｈギア段１６に設けたカウンタ軸回転センサ４０の検出値に基づいて、カウンタ軸１４に設けたカウンタシャフトブレーキ３９にてシンクロ制御してシフト段のスプライン１５ｓ〜２０ｓの回転を主入力軸１１、副入力軸１３のスプライン１３ａ〜１３ｃに一致させるように制御する。

本発明においては、インターナルレバ３４のセレクト方向の回動とシフト方向の往復移動をモータで行うようにしたものであり、これを図７〜図９により説明する。

先ずインターナルレバ３４のセレクト方向の回動を説明する。

図７、図９に示すように、インターナルレバ３４は、そのボス３４ｂがインターナル軸４１に回動自在にかつ軸方向移動自在に設けられる。インターナルレバ３４のボス３４ｂには、回動用溝４２が設けられる。この回動用溝４２にはセレクトレバ４３が係合し、そのセレクトレバ４３がセレクト軸４４に連結される。セレクト軸４４には扇状の回動用ギア４５が設けられ、その回動用ギア４５が、セレクトモータ４６に連結したセレクトギア４７に噛合される。セレクトレバ４３はリターンスプリング４８にて、図で見て反時計方向に付勢され、セレクトモータ４６が、リターンスプリング４８に抗してセレクトギア４７、回動用ギア４５を介してセレクトレバ４３を時計方向に回動する。このセレクトレバ４３の回動位置は、セレクトセンサ４９にて検出され、インターナルレバ３４が、どのシフトブロック３３ａ、３３ｂ、３３ｃに係合しているかの位置を検出できるようになっている。すなわち、図９に示すように、インターナルレバ３４のレバ部３４ｌは、回動に伴って、Ｃ−Ｒのシフトブロック３３ｃ、３ｒｄ−４ｔｈのシフトブロック３３ａ、２ｎｄ−１ｓｔのシフトブロック３３ｂに順次係合すると共にその回転位置がセレクトセンサ４９で検出される。

次に、インターナルレバ３４のシフト方向の往復動を説明する。

図７〜図９に示すように、インターナルレバ３４のボス３４ｂには、係合ブロック５０が設けられ、この係合ブロック５０にシフトレバ５１の係合爪５２が係合して設けられる。シフトレバ５１はシフトレバロッド５３に移動自在かつ回転自在に設けられる。他方シフトレバロッド５３と平行に、ボールナット５５を有するボールスクリュ５４が設けられ、そのボールスクリュ５４に螺合したボールナット５５が、シフトレバ５１の溝部５６に係合して設けられる。ボールナット５５には廻り止め用ピン５７が設けられる。

ボールスクリュ５４にはドリブンギア５８が設けられ、そのドリブンギア５８が、第１シフトモータ６０の第１ドライブギア６１と第２シフトモータ６２の第２ドライブギア６３とに噛合され、第１ドライブギア６１と第２ドライブギア６３にてドリブンギア５８が駆動され、ボールスクリュ５４が回転されるようになっている。この第１シフトモータ６０と第２シフトモータ６２で、ボールスクリュ５４を回転することで、いずれかのモータが失陥したときでもシフト駆動することが可能となる。またドリブンギア５８に対して第１ドライブギア６１と第２ドライブギア６３の歯数は小さくされ、第１シフトモータ６０と第２シフトモータ６２の回転を減速してボールスクリュ５４に伝達する。この際、第１ドライブギア６１と第２ドライブギア６３或いはドリブンギア５８には図示していないがホールセンサが設けられ、ボールスクリュ５４の回転が検出できるようになっている。

このボールスクリュ５４の正逆回転で、ボールナット５５がシフト方向に移動し、シフトレバ５１の係合爪５２を介してインターナルレバ３４をシフト方向に移動するようになっている。この際、インターナルレバ３４には、図８に示すようにシフト方向の最大位置を規制するインターロックプレート６４が設けられる。

固定系には、シフトレバ５１及びボールナット５５のシフト方向の移動に追従して回動するセンサレバ６５が設けられ、そのセンサレバ６５の回転角を検出するシフトセンサ６６が設けられる。

次に、セレクトモータ４６と第１シフトモータ６０と第２シフトモータ６２の駆動系を図５により説明する。

セレクトモータ４６と第１シフトモータ６０と第２シフトモータ６２は、それぞれ、セレクトモータドライバ７０、第１シフトモータドライバ７１、第２シフトモータドライバ７２で駆動される。このセレクトモータドライバ７０、第１シフトモータドライバ７１、第２シフトモータドライバ７２は、ＴＣＭ７３でその出力周波数が制御されるようになっている。ＴＣＭ７３は、セレクトセンサ４９とシフトセンサ６６の検出値が入力され、セレクトセンサ４９の検出値でセレクトモータドライバ７０が制御され、シフトセンサ６６の検出値で第１シフトモータドライバ７１、第２シフトモータドライバ７２が制御される。

図４は、図５に示した各モータドライバ７０〜７２をＴＣＭ７３で制御して各モータ４６、６０、６２の回転を制御するブロック図を示したものである。

各モータドライバ７０〜７２は、インバータからなり、直流の電源（バッテリ）７４をＰＷＭ制御（パルス幅のＨとＬのデューティ比を制御）して、出力周波数可変の三相交流に変換して各モータドライバ７０〜７２を回転数可変に駆動するもので、ＴＣＭ７３が、センサ４９、６６の検出値に基づいて各モータドライバ７０〜７２に指令周波数を出力し、それに基づいて各モータドライバ７０〜７２がデューティ比制御されて各モータ４６、６０、６２の回転数を制御するようになっている。

ＴＣＭ７３には、図示していないがエンジン回転数と、図６で説明した出力軸回転センサ３７とカウンタ軸回転センサ４０の検出値が入力され、これ基づいて変速時のシフト段を決定する。シフト操作は、セレクト方向を制御し、その後シフト方向を制御するが、セレクト方向は、セレクトセンサ４９の検出値からセレクトモータ４６の回転を制御して、インターナルレバ３４の回転位置を制御してレバ部３４ｌがシフト段のシフトブロック３３ａ、３３ｂ、３３ｃに係合するように位置させる。

次に、ＴＣＭ７３の制御機能によるシフト方向の制御を説明する。

ここでシフトレバ５１によるシフトロッド３２ａ、３２ｂ、３２ｃのシフト量は、中立位置から±１２ｍｍであり、その際のセンサレバ６５の回転角は±１０°である。

ＴＣＭ７３の制御機能は、図３に示すように、シフトセンサ６６がセンサレバ６５の中立位置から±９．８°（閾値１）までは、第１シフトモータ６０と第２シフトモータ６２がモータ最大トルク（デューティ比１）に対して±０．８のデューティ比で第１シフトモータドライバ７１、第２シフトモータドライバ７２により駆動されるように制御する。その後制御機能は、閾値１に達した時には回転角１０°（閾値２）に達するまで、第１シフトモータドライバ７１、第２シフトモータドライバ７２が、第１シフトモータ６０と第２シフトモータ６２が制動されるように、±０．８のデューティ比を維持したまま逆転方向の回転力を付与するように交流電流を切り換え、その後ディーティ比を、＋０．２を基準に、±０．２、すなわち、＋０．４と０のディーティ比で逆駆動する。その後制御機能は、閾値２に達した時に元のデューティ比±０．８に戻し、図６で説明したディテント機構３８に係合して停止する位置まで移動させて第１シフトモータ６０と第２シフトモータ６２の回転を停止する。

このように本発明は、ＴＣＭ７３に備えられた制御機能により、中立位置から変速位置までのある距離（閾値１）までは進行方向に所定の推力（デューティ比±０．８）を与え、ある距離（閾値１）を通過したことを位置センサ（シフトセンサ６６）が感知し、その値をフィードバックすることで、ある距離を通過した後にアクチュエータ（第１シフトモータ６０と第２シフトモータ６２）から進行方向とは逆方向に最大出力を発生させた後、目標位置付近でその位置に止まるために必要な出力を断続して出力することにより、ストッパ突き当て寸前の速度を最小限に抑えることで衝撃を抑え、接触時の異音抑制、耐久性の向上、衝撃緩衝部品を不要にすることが可能となる。

図２は、シフト時間に対するシフト変位のシミュレーションの結果を示したもので、０．１秒からシフト変位が大きく１１ｍｍ近くでシフト変位がオーバシュートすることなく、略速度ゼロとなることがわかる。

次に、この本発明のＴＣＭ７３に備えられた制御機能によるシフト制御を図１のフローチャートにより説明する。

制御開始８０後、ステップ８１で、制御対象（＝シフトの可動要素）は位置センサ（シフトセンサ６６）により位置を電圧として変換されることで、ＴＣＭにより読み取られる。

次にステップ８２で、ＴＣＭで演算されて目標ギア段位置が出力されると共にＧＳＵアクチュエータ（第１シフトモータ６０と第２シフトモータ６２）が駆動される。ＧＳＵアクチュエータの駆動後、ステップ８３で、ＴＣＭにより変速の目標となる値と現在の値の差（偏差）が演算される。

ステップ８４の判断で、ＴＣＭに設定された閾値１を位置センサ出力が超えない（＝Ｎｏ）場合は、ステップ８５でＧＳＵアクチュエータ（モータ）によって進行方向に推力が出力される。

ステップ８４の判断で、ＴＣＭに設定された閾値１を位置センサ出力が超えた（Ｙｅｓ）場合は、ステップ８６でモータによって進行方向と逆の方向に推力が出力される。

次にステップ８７の判断で、ＴＣＭに設定された閾値２（±１０°）を位置センサ出力が超えない（＝Ｎｏ）場合は、ステップ８６でモータによって進行方向と逆方向に推力が出力されることが継続される。

ステップ８７の判断で、ＴＣＭで設定された閾値２を位置センサ出力が超えた（＝Ｙｅｓ）場合は、ステップ８８でモータによって所定の推力が出力され、その後、目標位置に達したときに制御が終了８９される。

以上により下記の効果を得ることが可能である。

（１）ストッパ突き当て時の異音発生を抑制することができる。

（２）突き当てにより発生するボールスクリュ圧痕の抑制による耐久性が向上する。

（３）衝撃装置が不要なため軽量・小型化することができ、変速速度の短縮と可動部を動かすエネルギーを抑制することによる燃費が向上する。

本発明においては、シフト方向の操作による制御を説明したが、セレクト方向の操作も同様に行ってもよい。この場合、図９で示したインターナルレバ３４のレバ部３４ｌの回動位置は、Ｃ−Ｒのシフトブロック３３ｃの回動位置を０°とすると、３ｒｄ−４ｔｈシフトブロック３３ａの回動角αが１０．７°、２ｎｄ−１ｓｔのシフトブロック３３ｂの回動角βが２４°であり、それぞれの位置で、９８％までは所定の推力で、その後は進行方向と逆方向の推力を出力し、回動が停止したならば通常の回転に戻して回動位置の制御を行うようにする。

３２ａ〜３２ｃ シフトロッド
５４ ボールスクリュ
６０，６２ シフトモータ
６６ シフトセンサ
７１，７２ モータドライバ
７３ ＴＣＭ

Claims (4)

1. 自動変速装置のシフトロッドのシフトをボールスクリュとそのボールスクリュを回転するシフトモータで行う自動変速装置のシフト制御装置において、前記シフトモータの回転数を制御するモータドライバと、変速時に前記シフトロッドの変位量を検出するセンサと、該センサの検出値が入力されると共に前記モータドライバから前記シフトモータに出力するディーティ比を制御して前記シフトモータを可変に制御するＴＣＭとを備え、前記ＴＣＭが、シフト変速開始時に、前記シフトロッドが中立位置から変速位置までのある距離（閾値１）までは、前記シフトモータをシフト方向に所定の推力で移動するよう前記モータドライバから出力するデューティ比を制御し、前記センサの検出値から、前記シフトロッドが前記閾値１を超え目標位置に達する前の距離（閾値２）に達するまで、前記シフトモータが制動されるように前記デューティ比を維持したまま、前記シフトロッドの前記シフト方向の移動とは逆方向に前記シフトモータを駆動し、その後、目標位置まで前記シフトロッドがシフトするに必要な最小限の推力が得られるように前記モータドライバから出力するデューティ比を制御する制御機能を備えたことを特徴とする自動変速装置のシフト制御装置。
2. 前記シフトロッドは、そのシフトロッドに設けられたシフトブロックが、シフト方向に往復移動自在に設けられたインターナルレバに係合してシフト方向に移動され、前記ボールスクリュに設けられたボールナットにシフトレバが係合し、そのシフトレバが前記インターナルレバに係合して前記シフトロッドをシフト方向に移動する請求項１記載の自動変速装置のシフト制御装置。
3. 前記ボールスクリュには、ドリブンギアが設けられ、そのドリブンギアと噛合する２つのドライブギアが設けられ、その２つのドライブギアがそれぞれシフトモータで回転される請求項２記載の自動変速装置のシフト制御装置。
4. 前記ボールナットには、そのシフト方向の移動で回動するセンサレバが設けられ、前記センサはそのセンサレバの回転角を検出し、その回転角が閾値を超えたときに前記ＴＣＭの制御機能がシフト方向の移動とは逆方向にモータドライバを制御する請求項２又は３記載の自動変速装置のシフト制御装置。