JP6574991B2 - 自動変速機 - Google Patents

Description

本発明は、ドグの噛合いにより締結するドグクラッチを備えた自動変速機に関する。

特許文献１には、ドグクラッチの締結により変速する際、ドグの位相を合わせ、ドグの頂点同士を当てて係合方向の動きを一時停止し、その後、位相を若干ずらしてドグを係合方向に押し込むことで、ドグクラッチを締結する自動変速機が開示されている。

特許第４９４１２５６号公報

しかしながら、ドグの位相を合わせるには、位相を正確に把握する必要があるため、検出センサを複数設ける必要があり、加えて、検出した位相に基づいて一方のドグの回転数を自在に制御可能な手段を必要とするため、コストが増大するという問題がある。また、複数の制御ステップを経てドグを噛み合わせるため、ドグの噛合いまでに時間がかかるという問題があった。
本発明の目的は、コストの増大を招くことなく早期にドグを噛み合わせることが可能な自動変速機を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の自動変速機では、第１回転体に相対回転可能に支持された第１ドグと、前記第１回転体に軸方向移動可能に支持され、軸方向噛合い側への移動により前記第１ドグと噛合う第２ドグと、前記第２ドグの軸方向移動を行うアクチュエータと、前記アクチュエータを制御する制御部と、前記第２ドグの軸方向位置を検出するストロークセンサと、を備え、前記制御部は、前記アクチュエータに前記第２ドグを軸方向噛合い位置に向けて第１の押し付け力により軸方向噛合い側に移動する指令を出力し、前記第２ドグの軸方向位置が、前記第１ドグの軸方向の歯先と前記第２ドグの軸方向の歯先とが当接する前の第１の所定位置に到達すると、前記第１の押し付け力から前記第１の押し付け力よりも小さな第２の押し付け力とし、前記第２ドグの軸方向位置が、前記第２ドグの軸方向の歯先が前記第１ドグの軸方向歯先よりも軸方向噛合い側となる第２の所定位置に到達すると、前記第２の押し付け力から前記第１の押し付け力とすることを特徴とする。

よって、ドグの位相を検出もしくは制御することなく、第２ドグのストローク位置によって第２ドグの押し付け力を制御するのみで両ドグを係合することができ、コストの増大を抑制できる。また、ストローク位置に応じて押し付け力を変更することで、複数の制御ステップを経ることなく締結することができ、早期にドグを噛み合わせることができる。

実施例１の自動変速機を表す概略システム図である。 実施例１の第１クラッチリングと第１ドライブギヤとを表す部分拡大断面図である。 実施例１のシフト時におけるドグクラッチ締結制御処理を表すフローチャートである。 実施例１の走行中における１速から２速へのアップシフト時におけるドグクラッチ締結制御処理を表すタイムチャートである。

〔実施例１〕
図１は実施例１の自動変速機を表す概略システム図である。エンジン１のエンジン出力軸には、クラッチ２が接続されている。クラッチ２は乾式クラッチであり、クラッチプレートの位置をクラッチアクチュエータ２ａにより制御する。クラッチアクチュエータ２ａは、要求されたトルク伝達容量に応じてクラッチプレートを押圧するクラッチピストンの位置を制御し、クラッチ２の相対回転を許容しながらトルクを伝達するスリップ制御や、クラッチ２の相対回転を許容しない完全締結制御を行う。クラッチアクチュエータ２ａは、クラッチピストンのストローク位置を検出するピストンストロークセンサ１１を有し、検出されたストローク位置に基づいてトルク伝達容量を制御する。

クラッチ２の出力側には、入力された回転を変速して駆動輪４に出力する自動変速機３が接続されている。自動変速機３は、クラッチ２の自動変速機側に接続された第１シャフト３ａと、第１シャフト３ａと平行に配置された第２シャフト３ｂと、を有する。第１シャフト３ａ上には、第１シャフト３ａに対して相対回転可能に支持された１速ドライブギヤ３１と、２速ドライブギヤ３２と、を有する。第２シャフト３ｂ上には、第２シャフト３ｂに固定され、第２シャフト３ｂと一体に回転する１速ドリブンギヤ３３と、２速ドリブンギヤ３４と、を有する。各ドリブンギヤは、各ドライブギヤと常時噛み合っている。尚、図示しないが、前進４速の自動変速機を構成する場合は、更に３速ドライブギヤ及び３速ドリブンギヤ、４速ドライブギヤ及び４速ドリブンギヤを１速や２速と同様に搭載すればよく、特に言及しない。

第１ドライブギヤ３１の側面には、軸方向に延在された第１ドグ３１ａを有する。第２ドライブギヤ３２の側面には、軸方向に延在された第２ドグ３２ａを有する。１速ドライブギヤ３１及び２速ドライブギヤ３２には、第１及び第２ドグクラッチ機構を有する。第１ドグクラッチ機構は、第１シャフト３ａ上に固定設置され、第１シフトフォーク３１０に対して相対回転可能に噛み合う第１クラッチリング３１１を有する。同様に、第２ドグクラッチ機構にも、第２クラッチリング３２１を有する。

第１クラッチリング３１１は、第１シフトフォーク３１０に相対回転可能に保持されつつ第１シフトフォーク３１０との間で軸力を相互に付与可能な円盤状部材である。第１クラッチリング３１１は、１速ドライブギヤ３１と対向する側面の軸方向に延在された１速用クラッチリングドグ３１１ａを有する。同様に、第２クラッチリング３２１は、第２シフトフォーク３２０に相対回転可能に保持されつつ第２シフトフォーク３２０と軸力を相互に付与可能な円盤状部材である。第２クラッチリング３２１は、２速ドライブギヤ３２と対向する側面の軸方向に延在された２速用クラッチリングドグ３２１ａを有する。

１速時は、第１シフトフォーク３１０を図１中の右側に移動し、第１クラッチリング３１１を右側に移動させ、１速用クラッチリングドグ３１１ａと１速ドライブギヤ３１の第１ドグ３１ａとを噛み合わせ、１速を達成する。１速から２速へのアップシフト時は、第１シフトフォーク３１０を図１中の左側に移動させることで１速用クラッチリングドグ３１１ａと第１ドグ３１ａとの噛合いを解放し、第２シフトフォーク３２０を図１中の右側に移動させることで２速用クラッチリングドグ３２１ａと第２ドグ３２ａとを噛み合わせ、２速を達成する。

シフトアクチュエータ５は、第１シフトフォーク３１０及び第２シフトフォーク３２０を軸方向に移動可能に構成されている。このシフトアクチュエータ５は、外周に各シフトフォーク３１０，３２０と係合する変速溝５１，５２を有するシフトドラム５０を有する。変速溝５１，５２は、シフトドラム５０の回転に伴って各シフトフォーク３１０，３２０の軸方向位置を移動可能に形成され、シフト用モータ５３によりシフトドラム５０の回転位置を制御することで変速を行う。すなわち、シフトドラム５０の回転トルクは、シフトフォークの軸方向押し付け力と相関を有するため、シフト用モータ５３のトルクを制御することで、シフトフォークの軸方向押し付け力を制御できる。

変速機コントローラ３０は、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ１０と、第１シャフト３ａの回転数を検出するＩｎｐｕｔ回転数センサ１２と、各シフトフォーク３１０，３２０のストローク位置を検出するストロークセンサ１３と、シフト用モータ５３の電流値を検出する電流センサ１４と、第２シャフト３ｂの回転数を検出するＯｕｔｐｕｔ回転数センサ１５と、Ｐ，Ｒ，Ｎ，Ｄレンジを選択するシフトレバー７のシフト信号と、に基づいて所望の変速段を決定し、シフトアクチュエータ５のシフト用モータ５３に締結指令である駆動電流Ｉｓを出力する。

ここで、ドグクラッチの噛合い時における課題について説明する。１速用クラッチリングドグ３１１ａ及び第１ドグ３１ａ（以下、両ドグとも記載する。）は、円周上の均等位置に並んだ複数のドグと、ドグの間に形成された凹部を有する。そして、両ドグが軸方向に近づき、一方のドグのドグ歯が他方のドグの凹部に入り込むと、両ドグ歯が円周上に交互に並ぶ。これにより、一方のドグから他方のドグへのトルク伝達を行う。このとき、一方のドグと他方のドグとが円周上において重なる位置のまま両ドグを軸方向に近づけたとしても、ドグ同士が干渉して軸方向に近づくことができない。そうすると、両ドグが円周上に交互に並ぶことができず、ドグクラッチは締結できない。この状態を入り不状態という。

図２は実施例１の第１クラッチリングと第１ドライブギヤとを表す部分拡大断面図である。尚、以下の説明では１速へのシフト時において説明するが、他の変速段へのシフトでも同様である。第１シャフト３ａもしくは第２シャフト３ｂが回転している状態で両ドグを軸方向に近づける締結動作を行うと、１速用クラッチリングドグ３１１ａと第１シャフト３ａとの間に相対回転が生じているため、仮に入り不状態が生じたとしても、両ドグの相対角度が変化するため、両ドグはいずれ噛み合うと考えられる。しかしながら、シフトドラム５０の回転トルクが高い状態で押し付けている場合、１速用クラッチリングドグ３１１ａのクラウン３１１ｂと、第１ドグ３１ａのクラウン３１ｂとの間の押し付け力が強くなり、両クラウン３１１ｂ，３１ｂの間の押し付け力が強い状態で相対回転が生じ、両ドグが噛み合うと、衝突音や噛合いショックを生じるおそれがある。また、１速用クラッチリングドグ３１１ａに強い押し付け力を発生させた状態で、クラウン３１１ｂとクラウン３１ｂとが当接すると、入り不状態の場合にはクラウン部分での衝突音が発生するおそれがある。

また、車両停止時でクラッチ２が締結され、第１シャフト３ａがエンジンと共に回転した状態で各ドグが解放されたＮレンジから、Ｄレンジにセレクトされた場合、クラッチ２を開放し、第１シャフト３ａの惰性回転中に１速用クラッチリングドグ３１１ａと第１ドグ３３ａとを締結する必要がある。このとき、両クラウン３１１ｂ，３１ｂの間の押し付け力が強い状態が継続すると、フリクションの増大により惰性回転が低下してしまい、両ドグの相対角度をずらすことができず、入り不状態を解消することができないという問題がある。そこで、実施例１では、クラウン３１１ｂとクラウン３１ｂとが当接するタイミングでは、過度の押し付け力を抑制することで、締結ショックや衝突音を抑制することとした。

図３は実施例１のシフト時におけるドグクラッチ締結制御処理を表すフローチャートである。
ステップ１では、シフトフォークによるクラッチリングの押し付け力が第１の所定値Ｆ１となるようにシフトドラム５０を所定トルクで回転駆動する。例えば、ＮレンジからＤレンジに切り換えられた場合であれば、シフト用モータ５３に駆動電流を供給し、第１シフトフォーク３１０をストロークさせる。

ステップＳ２では、ストロークセンサ１３により検出されたストローク位置Ｓｔｒが、ドグの軸方向歯先同士が軸方向に重なり合う直前のストローク位置を表す第１の所定位置Ｓｔｒ１に到達したか否かを判断し、到達したときはステップＳ３に進み、到達していないときは本ステップを繰り返す。
ステップＳ３では、シフト時に係合する両ドグの相対回転数を演算する。具体的には、第１シャフト３ａと一体に回転するドグの回転数と、第２シャフト３ｂに所定のギヤ比を掛けた回転数で回転するドグの回転数との差から相対回転数Ｎｄを演算する。尚、各ドグに個別に回転数を検出するセンサを設けてもよい。

ステップＳ４では、算出したドグの相対回転数Ｎｄが規定値Ｎｒ以上か否かを判定し、規定値Ｎｒよりも大きいときはステップＳ５に進み、小さいときはステップＳ６に進む。
ステップＳ５では、クラッチリングの押し付け力が第１の所定値Ｆ１から、第１の所定値Ｆ１よりも小さな第２の所定値Ｆ２（２）となるように、シフトドラム５０の回転駆動トルクを制御する。ここで、第２の所定値Ｆ２（２）は、第１の所定値Ｆ１よりも小さく、かつ、後述する第２の所定値Ｆ２（１）よりも大きな値を表す。相対回転Ｎｄが比較的大きいときは、次のドグが到来し、入り不状態となるまでの時間が短い。言い換えると、ドグが噛み合い可能な時間も短いため、第１の所定値Ｆ１よりは小さくしつつも、比較的大きな押し付け力とすることで、ドグの噛合いを確実に行う。

ステップＳ６では、クラッチリングの押し付け力が第１の所定値Ｆ１から、第１の所定値Ｆ１よりも小さく、かつ、第２の所定値Ｆ２（２）よりも小さな第２の所定値Ｆ２（１）となるように、シフトドラム５０の回転駆動トルクを制御する。相対回転Ｎｄが比較的小さいときは、次のドグが到来し、入り不状態となるまでの時間が比較的長い。言い換えると、ドグが噛み合い可能な時間も長いため、極力低い押し付け力とすることで、衝突音等を抑制する。

ステップＳ７では、ストローク位置Ｓｔｒがドグの軸方向歯先同士が軸方向に重なり合うストローク位置を表す第２の所定位置Ｓｔｒ２に到達したか否かを判断し、到達したときはステップＳ８に進み、到達していないときは到達するまで本ステップを繰り返す。
ステップＳ８では、クラッチリングの押し付け力を第２の所定値Ｆ２から第１の所定値Ｆ１に引き上げる。この段階では、既にドグが噛み合いを開始しているため、押し付け力を強くしても衝突音等が生じることはなく、素早いドグクラッチの締結を達成できる。
ステップＳ８では、シフトが完了したか否か、具体的にはストローク位置Ｓｔｒが変速完了を表す所定ストローク量Ｓｔｒ３だけ移動したか否かを判断し、シフト完了と判断したときは本制御フローを終了し、それ以外のときは本ステップを繰り返す。

図４は実施例１の走行中における１速から２速へのアップシフト時におけるドグクラッチ締結制御処理を表すタイムチャートである。エンジン１は作動状態であり、車両は走行しており、クラッチ２は完全締結状態である。
時刻ｔ１において、変速制御によって１速から２速へのアップシフト指令が出力されると、クラッチ２が解放される。これにより、第１シャフト３ａの回転数が惰性回転しながら徐々に低下する。
時刻ｔ２において、アップシフト指令に基づいてシフト用モータ５３が駆動し、シフトドラム５０を回転することで、第２シフトフォーク３２０がストロークを開始する。尚、第１シフトフォーク３１０は、第２シフトフォーク３２０の移動に伴い１速用クラッチリングドグ３１１ａと第１ドグ３１ａとの噛合いを解放する方向に移動する。

時刻ｔ３において、ストローク位置Ｓｔｒが第１の所定位置Ｓｔｒ１に到達すると、シフトフォークの押し付け力が第１の所定値Ｆ１から第２の所定値Ｆ２に低下する。このとき、２速用クラッチリングドグ３２１ａと第２ドグ３２ａとの相対回転Ｎｄが規定値Ｎｒよりも小さいときは、第２の所定値Ｆ２として図４中の実線で示すＦ２（１）まで低下し、規定値Ｎｒよりも大きいときは、第２の所定値Ｆ２として図４中の点線で示すＦ２（２）まで低下する。これにより、２速用クラッチリングドグ３２１ａと第２ドグ３２ａの軸方向歯先同士が干渉する前に押し付け力を低下することができるため、締結ショックや衝撃音等を抑制できる。この状態で、両ドグの位相がドグの一歯分ずれると、２速用クラッチリングドグ３２１ａの軸方向の歯先が第２ドグ３２ａの軸方向歯先よりも締結側に移動する。

時刻ｔ４において、ストローク位置Ｓｔｒが第２の所定位置Ｓｔｒ２に到達すると、シフトフォークの押し付け力が第２の所定値Ｆ２から第１の所定値Ｆ１に復帰する。これにより、素早いシフトストローク移動を達成でき、両ドグの早期の完全締結を行うことができる。そして、時刻ｔ５において、ストローク位置Ｓｔｒが所定ストローク量Ｓｔｒ３だけ移動すると、シフトが完全に終了したと判断し、シフトドラム５０の回転駆動トルクを０に落として押し付け力をゼロに低下させる。

以上説明したように、実施例１にあっては下記に列挙する作用効果が得られる。
（１）第１シャフト３ａ（第１回転体）に相対回転可能に支持された第２ドグ３２ａ（第１ドグ）と、第１シャフト３ａに軸方向移動可能に支持され、軸方向噛合い側への移動により第２ドグ３１ａと噛合う２速用クラッチリングドグ３２１ａ（第２ドグ）と、２速用クラッチリングドグ３２１ａの軸方向移動を行うシフトアクチュエータ５（アクチュエータ）と、シフトアクチュエータ５を制御する変速機コントローラ３０（制御部）と、２速用クラッチリングドグ３２１ａの軸方向位置を検出するストロークセンサ１３（ストロークセンサ）と、を備え、変速機コントローラ３０は、シフトアクチュエータ５に２速用クラッチリングドグ３２１ａを軸方向噛合い位置に向けて第１の押し付け力Ｆ１により軸方向噛合い側に移動する指令を出力し、２速用クラッチリングドグ３２１ａの軸方向位置であるストローク位置Ｓｔｒが、２速用クラッチリングドグ３２１ａの軸方向の歯先と第２ドグ３２ａの軸方向の歯先とが当接する前の第１の所定位置Ｓｔｒ１に到達すると、第１の押し付け力Ｆ１から第１の押し付け力Ｆ１よりも小さな第２の押し付け力Ｆ２とし、２速用クラッチリングドグ３２１ａの軸方向位置であるストローク位置Ｓｔｒが、２速用クラッチリングドグ３２１ａの軸方向の歯先が第２ドグ３２ａの軸方向歯先よりも軸方向噛合い側となる第２の所定位置Ｓｔｒ２に到達すると、第２の押し付け力Ｆ２から第１の押し付け力Ｆ１とすることとした。

よって、ドグの位相を検出することなく、２速用クラッチリングドグ３２１ａのストローク位置によって２速用クラッチリングドグ３２１ａの押し付け力を制御するのみで両ドグを係合することができ、位相検出用のセンサを複数設ける必要が無い。また、一方のドグの位相を制御する必要もないことから、コストの増大を抑制できる。また、ストローク位置に応じて押し付け力を変更するのみであるため、複数の制御ステップを経ることなく締結することができ、早期にドグを噛み合わせることができる。また、弱い押し付け力Ｆ２を継続して付与することで、入り不状態を早期に解消できる。尚、実施例１では、例として１速から２速へのアップシフトを例に説明したが、他の変速段へのアップシフトもしくはダウンシフトでも同様に適用可能である。

（２）第２ドグ３２ａと２速用クラッチリングドグ３２１ａとの相対速度Ｎｄを検出するＩｎｐｕｔ回転数センサ１２及びＯｕｔｐｕｔ回転数センサ１５センサを有し、変速機コントローラ３０は、相対速度Ｎｄが規定値Ｎｒ（所定速度）より大きいときは、小さいときよりも第２の押し付け力Ｆ２を大きくすることとした。具体的には、Ｎｄ≧ＮｒのときはＦ２（２）とし、Ｎｄ＜ＮｒのときはＦ２（１）とした。
よって、相対速度Ｎｄが低いときは、より押し付け力を弱くすることで、衝突音等を抑制でき、一方、相対速度Ｎｄが高いときは、押し付け力を比較的強くすることで、ドグの噛合いを確実に行うことができる。

（他の実施例）
以上、実施例１に基づいて説明したが、上記実施例に限らず、他の構成を備えた自動変速機に本発明を適用してもよい。例えば、実施例１では、シフト時に本発明を適用したが、Ｎ−Ｄセレクト時に本発明を適用できる。また、実施例１では、第１シャフト３ａに相対回転体であるドライブギヤを配置し、これらドライブギヤを第１シャフト３ａに選択的に固定可能なドグクラッチ機構を設けた例を示したが、第１シャフト３ａに限らず、第２シャフト３ｂに設けてもよいし、それぞれ組み合わせて第１シャフト３ａと第２シャフト３ｂの両方に設定してもよい。
また、前進４速に限らず、前進２速や、更なる多段化した自動変速機にも適用できる。
また、実施例では、動力源として内燃機関であるエンジンを搭載した例を示したが、動力源として駆動用モータやエンジンとモータを併用するハイブリッド車両であっても本発明を適用できる。

１ エンジン
２ クラッチ
２ａ クラッチアクチュエータ
３ 自動変速機
３ａ 第１シャフト
３ｂ 第２シャフト
４ 駆動輪
５ シフトアクチュエータ
７ シフトレバー
１０ エンジン回転数センサ
１３ ストロークセンサ
３０ 変速機コントローラ
３１ １速ドライブギヤ
３１ａ 第１ドグ
３３ １速ドリブンギヤ
５０ シフトドラム
５３ シフト用モータ
３１０ 第１シフトフォーク
３１１ 第１クラッチリング
３１１ａ １速用クラッチリングドグ

Claims (2)

1. 第１回転体に相対回転可能に支持された第１ドグと、
   前記第１回転体に軸方向移動可能に支持され、軸方向噛合い側への移動により前記第１ドグと噛合う第２ドグと、
   前記第２ドグの軸方向移動を行うアクチュエータと、
   前記アクチュエータを制御する制御部と、
   前記第２ドグの軸方向位置を検出するストロークセンサと、
   を備え、
   前記制御部は、前記アクチュエータに前記第２ドグを軸方向噛合い位置に向けて第１の押し付け力により軸方向噛合い側に移動する指令を出力し、前記第２ドグの軸方向位置が、前記第１ドグの軸方向の歯先と前記第２ドグの軸方向の歯先とが当接する前の第１の所定位置に到達すると、前記第１の押し付け力から前記第１の押し付け力よりも小さな第２の押し付け力とし、前記第２ドグの軸方向位置が、前記第２ドグの軸方向の歯先が前記第１ドグの軸方向歯先よりも軸方向噛合い側となる第２の所定位置に到達すると、前記第２の押し付け力から前記第１の押し付け力とすることを特徴とする自動変速機。
2. 請求項１に記載の自動変速機において、
   前記第１ドグと前記第２ドグとの回転方向における相対速度を検出するセンサを有し、
   前記制御部は、前記相対速度が所定速度より大きいときは、小さいときよりも前記第２の押し付け力を大きくすることを特徴とする自動変速機。

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