JP6574992B2 - 自動変速機 - Google Patents

Description

本発明は、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、ドグクラッチの噛合いを制御するにあたり、各ドグ歯の位置を検出する回転角センサを個別に設け、これらの回転角センサの検出結果に基づいて同期制御する技術が開示されている。

特許第４９４１２５６号公報

しかしながら、常時噛み合い式の平行二軸型自動変速機において、従来技術のようにドグクラッチの全ての回転要素に回転角センサを設けると、コストアップを招くという問題があった。
本発明の目的は、コストアップを招くことなく、ドグクラッチの回転状態を検出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シャフトに固定または相対回転可能に支持された第１ギヤと、第２シャフトに固定または相対回転可能に支持され前記第１ギヤと常時噛み合うことで所定ギヤ比となる第２ギヤと、軸方向噛合い側への移動により、前記第１ギヤの複数のドグ歯を有するドグと噛合う複数のドグ歯を有するクラッチリングドグを有するクラッチリングと、前記クラッチリングドグを軸方向に移動させて前記ドグと噛合させる動力伝達状態と、前記クラッチリングドグと前記ドグとを解放させる動力非伝達状態とを制御するアクチュエータと、前記第１シャフトの回転角を検出する第１回転角センサと、前記第２シャフトの回転角を検出する第２回転角センサと、前記第１回転角センサにより検出された回転角を累積した第１の累積回転角と、前記第２回転角センサにより検出された回転角を累積した回転角に前記所定ギヤ比を乗算した第２の累積回転角と、前記ドグのドグ歯と前記クラッチリングドグのドグ歯との相対回転角の初期値と、前記複数のドグ歯の隣接するドグ歯との間隔を表すピッチ角あるいは前記ピッチ角の整数倍の値と、に基づいて前記相対回転角を演算するコントローラと、を備えた。

よって、第１回転角センサと第２回転角センサの２つで複数のギヤ段における相対回転体のドグとクラッチリングドグとの相対回転角を得ることが可能となり、コストアップを招くことなくドグクラッチの回転状態を検出できる。

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のドグクラッチの締結・解放状態を表す概略図である。 実施例１のドグクラッチの締結状態から解放状態へ移行したときの累積回転角変化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。

１速ドライブギヤ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第１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第２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、第１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第１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第２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。

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の回転角を検出する第１回転角センサ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シフトストロークセンサ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の回転角を検出する第２回転角センサ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に駆動電流Ｉｓを出力する。また、変速機コントローラ３０は、各変速段における相対回転角初期値を記憶する記憶部３０ａと、記憶された相対回転角初期値と変速段毎のギヤ比に基づいて各ドグクラッチの相対回転角を演算する相対回転角演算部３０ｂと、演算された相対回転角と実際の相対回転角にズレが生じたときに、ドグクラッチを完全締結させた後、相対回転角の演算を改めて行うリセット部３０ｃと、を有する。

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。第１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歯と、ドグ歯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、一方のドグ歯と他方のドグ歯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、ドグ歯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、両ドグ歯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。入り不状態を回避して両ドグ歯を噛み合わせるには、両ドグ歯の相対角度を検出し、ドグ歯の円周方向厚さ分だけずれた相対回転角のときに噛み合わせることができる。

しかしながら、全てのドグ歯に回転角を検出するセンサを設けると、一つの変速段に２つのセンサを設ける必要があり、センサの数の増大によりコストアップを招くおそれがあった。そこで、実施例１では、第１回転角センサ１２と第２回転角センサ１５の２つのセンサから検出された回転角に基づいて、相対回転角を検出することとした。

図２は実施例１のドグクラッチの締結・解放状態を表す概略図である。図２（ａ）に示すように、第１クラッチリングドグ３１１ａと第１ドグ３１ａとが噛み合っているときは、ドグ歯の円周方向の歯厚θｄ分だけ相対回転角を有する。また、隣接するドグ歯との間隔を表すピッチ角はθｐである。また、図２（ｂ）に示すように、第１クラッチリングドグ３１１ａと第１ドグ３１ａとが解放しているときの相対回転角を第１相対回転角θ１とする。

図３は実施例１のドグクラッチの締結状態から解放状態へ移行したときの累積回転角変化を表すタイムチャートである。１速の両ドグ締結時には、第１相対回転角θ１はドグ歯の円周方向の歯厚θｄで一定である。その後、第１クラッチリングドグ３１１ａと第１ドグ３１ａとが解放されると、第１クラッチリング３１１は第１シャフト３ａの回転角に規定され、第１ドライブギヤ３１は第２シャフト３ｂの回転角に規定される。よって、１速のギヤ比をｉ１、第１シャフト３ａの回転角を累積した第１の累積回転角をΣθｉｎ、第２シャフト３ｂの回転角を累積した第２の累積回転角をΣθｏｕｔとし、１速からドグクラッチを解放したときの第１相対回転角θ１は、下記の関係を有する。
θ１＝（Σθｉｎ―Σθｏｕｔ×ｉ１）ｍｏｄ（θｐ）＋θｄ
ここで、ｍｏｄは、任意の数字で除算したときの余りを演算する演算子である。差分をピッチ角θｐで除したのは、絶対的な相対角度ではなく、ドグ歯同士の関係における相対角度を知るためであり、ピッチ角の整数倍に相当する値であれば、他の角度で除してもよい。

以上から、ドグクラッチの締結状態から解放状態へ移行した後も、両ドグ歯の相対回転角を検知できる。ここで、記憶部３０ａには、全ての変速段のギヤを自動変速機に組み付けたときの各ギヤにおけるドグクラッチの相対回転角初期値が記憶されている。よって、全ての変速段におけるドグクラッチの相対回転角を演算できる。例えば、２速の相対回転角初期値をθｄ２、２速のギヤ比をｉ２、２速のドグクラッチにおける相対回転角θ２とすると、
θ２＝（Σθｉｎ―Σθｏｕｔ×ｉ２）ｍｏｄ（θｐ）＋θｄ２
で表される。すなわち、各変速段のギヤ比と相対回転角初期値によって相対回転角を定義できる。

ここで、両ドグ歯の相対角度がθｄから（θｐ―θｄ）の間であれば、ドグクラッチの締結時に入り不状態を回避できる。よって、例えば1速から２速へのアップシフト時には、１速のドグクラッチの締結を解放すると共に、２速の両ドグクラッチの相対回転角θ２がθｄからθｐへと変化する間に第２シフトフォーク３２０の移動が完了するよう、シフトアクチュエータ５を作動させることで、入り不状態を回避したアップシフトを実現できる。尚、シフトフォークの移動には所定時間が必要なため、相対回転角変化率と、シフト用モータ５３の回転数とに基づく所定タイミングでシフトフォークの移動を開始することが望ましい。

一方、第１回転角センサ１２や第２回転角センサ１５の検出精度の問題や、両回転角センサ１２，１５による回転角の非検出時における回転によって、累積回転角にズレが生じる場合がある。そのときは、リセット部３０ｃにおいて、一旦、ドグクラッチを完全締結させた後、相対回転角初期値をθｄとし、解放されたときから累積回転角に基づく演算を行うことで、精度の高い相対回転角を検出できる。

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に相対回転可能に支持された１速ドライブギヤ３１（第１ギヤ）と、
第２シャフト３ｂに固定され１速ドライブギヤ３１と常時噛み合うことで１速（所定ギヤ比）となる１速ドリブンギヤ３３（第２ギヤ）と、
軸方向噛合い側への移動により、第１ドグ３１ａ（第１ギヤのドグ）と噛合う第１クラッチリングドグ３１１ａ（クラッチリングドグ）を有する第１クラッチリング３１１（クラッチリング）と、
第１クラッチリングドグ３１１ａを軸方向に移動させて第１ドグ３１ａと噛合させる動力伝達状態と、第１クラッチリングドグ３１１ａと第１ドグ３１ａとを解放させる動力非伝達状態とを制御するシフトアクチュエータ５（アクチュエータ）と、
第１シャフト３ａの回転角を検出する第１回転角センサ１２と、
第２シャフト３ｂの回転角を検出する第２回転角センサ１５と、
第１回転角センサ１２により検出された回転角を累積した第１の累積回転角Σθｉｎと、第２回転角センサ１５により検出された回転角を累積した累積回転角Σθｏｕｔに１速のギヤ比を乗算した第２の累積回転角と、第１ドグ３１ａと第１クラッチリングドグ３１１ａとの相対回転角の初期値θｄと、に基づいて相対回転角θ１を演算する相対回転角演算部３０ｂ（コントローラ）と、を備えた。
よって、２つのセンサで各ドグクラッチの相対回転角を検出することができ、コストを抑制できる。

（２）記憶部３０ａは、予め複数の変速段における相対回転角初期値を記憶している。よって、両ドグ歯を噛み合わせる前から相対回転角を演算することができる。

（３）自動変速機は、複数の変速段を有する多段変速機であり、相対回転角演算部３０ｂは、複数の変速段におけるドグ及びクラッチリングドグの相対回転角を演算する。
よって、全ての変速段でのドグクラッチの相対回転角を検出することが可能となり、変速時にシフトアクチュエータ５の作動タイミングを制御することで安定した噛合いを達成できる。

（４）相対回転角演算部３０ｂは、第１ドグ３１ａと第１クラッチリングドグ３１１ａとの噛合い時に、第１ドグ３１ａの円周方向歯厚に基づいて相対回転角の初期値を更新する。
すなわち、両ドグが噛み合ったときは、相対回転角は歯厚θｄとなる。よって、この状態から解放したときに、累積回転角を演算することで、演算値が途中で不安定になったとしても、改めて正確に相対回転角θ１を演算できる。

（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、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
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
１２ 第１回転角センサ
１３ シフトストロークセンサ
１５ 第２回転角センサ
３０ 変速機コントローラ
３０ａ 記憶部
３０ｂ 相対回転角演算部
３０ｃ リセット部
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 第１クラッチリングドグ

Claims (4)

1. 第１シャフトに固定または相対回転可能に支持された第１ギヤと、
   第２シャフトに固定または相対回転可能に支持され前記第１ギヤと常時噛み合うことで所定ギヤ比となる第２ギヤと、
   軸方向噛合い側への移動により、前記第１ギヤの複数のドグ歯を有するドグと噛合う複数のドグ歯を有するクラッチリングドグを有するクラッチリングと、
   前記クラッチリングドグを軸方向に移動させて前記ドグと噛合させる動力伝達状態と、前記クラッチリングドグと前記ドグとを解放させる動力非伝達状態とを制御するアクチュエータと、
   前記第１シャフトの回転角を検出する第１回転角センサと、
   前記第２シャフトの回転角を検出する第２回転角センサと、
   前記第１回転角センサにより検出された回転角を累積した第１の累積回転角と、前記第２回転角センサにより検出された回転角を累積した回転角に前記所定ギヤ比を乗算した第２の累積回転角と、前記ドグのドグ歯と前記クラッチリングドグのドグ歯との相対回転角の初期値と、前記複数のドグ歯の隣接するドグ歯との間隔を表すピッチ角あるいは前記ピッチ角の整数倍の値と、に基づいて前記相対回転角を演算するコントローラと、
   を備えた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、
   前記コントローラは、予め前記相対回転角の初期値を記憶していることを特徴とする自動変速機。
3. 請求項１または２に記載の自動変速機において、
   前記自動変速機は、複数の変速段を有する多段変速機であり、
   前記コントローラは、前記複数の変速段におけるドグ及びクラッチリングドグの相対回転角を演算することを特徴とする自動変速機。
4. 請求項１ないし３いずれか一つに記載の自動変速機において、
   前記コントローラは、前記ドグと前記クラッチリングドグとの噛合い時に、前記ドグのドグ歯の円周方向歯厚に、前記相対回転角の初期値を更新することを特徴とする自動変速機。

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