JPH05157163A

JPH05157163A - 自動車用変速機

Info

Publication number: JPH05157163A
Application number: JP3348260A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Honda; 篤本田
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1991-12-03
Filing date: 1991-12-03
Publication date: 1993-06-22

Abstract

(57)【要約】【目的】構造が簡単で小型・軽量なうえパワーロスの
少ない変速機でありながら、変速時のショックが発生し
ないものを提供する。【構成】常時噛合式の自動車用変速機本体１０に対
し、a)出力軸１２に回転速度センサー２２を設けるとと
もに、b)入力軸１１にも回転速度センサー２１を設け、
かつ、c)その入力軸１１に増・減速用のモータ２３を連
結し、さらに、d)二つのセンサー２１・２２からの信号
を受けて必要な入力軸回転速度を演算したうえモータ２
３に速度指令を発する制御手段４０を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車用の（とくに自
動二輪車に好適な）変速機（トランスミッション）に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、自動車（自動二輪車を含
む）には、エンジンの回転を適当なトルク・速度におき
かえて車輪に伝達するため、変速機が搭載されている。

【０００３】従来の主な自動車用変速機として、下記の
ものがあげられる。すなわち、イ ) 常時噛合式（ドッグクラッチ式）の変速機：平行
に設けた入力軸（メインシャフトと呼ばれる）と出力軸
（カウンターシャフトと呼ばれる）との間に複数組のギ
ヤを噛み合わせて各組のギヤの一方を軸上で空転する状
態にするとともに、軸上に、スプラインなどを介してド
ッグクラッチを設けたものである。ドッグクラッチをシ
フトレバー等で操作し、空転中の任意のギヤの側面に結
合させることにより、上記二軸間のギヤ組を選択して動
力伝達（すなわち変速）をさせることができる。ドッグ
クラッチは、変速機の構成をさほど複雑化するものでは
なく、たとえば、各軸上で隣接する二つのギヤ（上記の
空転式ギヤとそうでないギヤ）の側面に結合可能な歯
（または突起など）と穴（または凹部）とを形成すれ
ば、それらがドッグクラッチとなる。したがって、この
形式の変速機は簡単かつ小型に構成することができ、そ
の点から自動二輪車に多く採用されるのである。

【０００４】ロ) 同期噛合式（シンクロメッシュ）の変
速機：空転状態に軸上に配置したギヤの側部にクラッ
チギヤを一体に設けるとともに、そのクラッチギヤに噛
み合い得るスリーブを軸に対し相対回転せぬように取り
付けてシフトレバー等で軸長方向に操作可能とし、クラ
ッチギヤとスリーブとの間にシンクロナイザーリングを
置いたもの。スリーブを操作すると、まずシンクロナイ
ザーリングによる摩擦の作用で軸（およびスリーブ）と
クラッチギヤとの回転速度が一致（同期）し、そのうえ
でスリーブとクラッチギヤとが噛み合うので、変速（ギ
ヤシフト）時のショックが小さい。四輪の自動車を中心
に採用されている。

【０００５】ハ) 自動（オートマチック）変速機：遊
星歯車機構と多板（油圧）クラッチとを組み合わせてト
ルクコンバータに接続したものが一般的で、ローギヤか
らトップギヤまでの必要な変速を自動的に行う変速機で
ある。現在のところ四輪自動車の専用である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の変
速機には、それぞれ下記の点で改善の余地がある。

【０００７】イ) 常時噛合式の変速機は、コンパクトか
つ軽量に構成されて自動二輪車等に好適であるが、従来
のものは変速時にかなりのショックを発生する。回転速
度の異なる軸とギヤとを、ドッグクラッチの頑丈な歯
（または突起等）によって一瞬のうちにつなぐからであ
る。

【０００８】ロ) 同期噛合式の変速機は、変速時のショ
ックが小さい点はすぐれているが、構造が複雑で高価な
ほか、大型で重いことが短所となる。したがって四輪車
において搭載スペースや車体重量に関して不利を招くこ
とがあるほか、二輪車には搭載できないという不都合が
ある。

【０００９】ハ) 従来の自動変速機は、利便性の点では
申し分ないが、上記ロ)の変速機よりもさらに大型・大重
量であり、また、トルクコンバータや油圧クラッチ等に
つき無視できない程度のエネルギーロスが生じて動力伝
達効率が低い、といった点に難がある。

【００１０】本発明の目的は、構造が簡単で小型・軽量
なうえエネルギーロスの少ない変速機でありながら、変
速時のショックが発生しないものを提供することであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の自動車用変速機
は、常時噛合式の自動車用変速機において、a)出力軸
（カウンターシャフト）に回転速度センサーを設けると
ともに、b)入力軸（メインシャフト）にも回転速度セン
サーを設け、かつ、c)その入力軸に増・減速用のモータ
を連結し、さらに、d)上記二つのセンサーからの信号を
受けて必要な入力軸回転速度を演算したうえ上記モータ
に速度指令を発する制御手段を設けたものである。

【００１２】さらに請求項２に記載したように、上記の
制御手段に関連づけて、e)車速（上記出力軸の回転速度
などで代用可能）と運転者のアクセル操作量（スロット
ル開度などがこれに相当）とから上記変速機の適正ギヤ
を選ぶ選択手段と、f)上記変速機をその選ばれたギヤに
変速させる（すなわち、たとえばドッグクラッチを自動
操作する）操作手段と、g)エンジン・変速機間のクラッ
チ断続手段と−を設けるのもよい。

【００１３】

【作用】本発明の変速機では、入力軸と出力軸との間に
あって常時噛合の状態にある複数組のギヤから新たに一
のギヤを選択してそれに動力伝達（つまりドッグクラッ
チの結合）をさせようとすると、それに先だってつぎの
手順がとられる。

【００１４】上記a)の回転速度センサーが出力軸の
回転速度を検知してその信号をd)の制御手段へ送る、同じように、b)の回転速度センサーが入力軸の回転
速度を検知してd)の制御手段へ信号を送る、 d)の制御手段は、出力軸の回転速度および選択され
た（変速後の）ギヤの歯数（あらかじめ記憶したもの）
から変速後の入力軸の回転速度を演算し、上記で検知
された実際の入力軸回転速度と比較する、実際の入力軸回転速度が、演算によって求められた
速度と異なるときは、d)の制御手段がc)のモータに増速
または減速の指令を発し、そのモータは、演算による速
度にほぼ一致するまで入力軸の速度調整をする。

【００１５】つまりこの変速機においては、変速の際、
ドッグクラッチの歯や突起などの回転速度がそれと結合
するギヤの回転速度と一致するように、入力軸の回転速
度が事前に強制的に調整され、そのうえでドッグクラッ
チがつながれる。そのため、変速の際にほとんどショッ
クが発生しない。しかも、上記の速度調整が摩擦等によ
るエネルギーロスをともなわずになされるため、この変
速機は、変速が高頻度に行われる場合にも動力伝達効率
が高い。

【００１６】また、本発明の変速機は構造が簡単で、小
型・軽量に構成することも容易である。この変速機が、
前述のように構造のシンプルな常時噛合式の変速機であ
り、従来のものに比べても上記a)〜d)の各機器（いずれ
も汎用品を利用でき、とくに大型のものは不要）が追加
装備されるにすぎないからである。

【００１７】さらに請求項２のように構成した変速機に
よれば、運転者がシフト操作をしなくても適正に変速が
なされるという自動変速が可能である。e)の選択手段が
車速とアクセル操作量とを知って適正なギヤを選択し、
g)の断続手段がエンジン・変速機間のクラッチを切った
のち、さきのa)〜d)が上述のように入力軸の速度調整を
したうえ、選択されたギヤにf)の操作手段がドッグクラ
ッチを結合させて変速を行い、g)の断続手段が再びクラ
ッチをつなぐ−といった手順が自動的に行われるから
である。

【００１８】

【実施例】図１〜図４に本発明の一実施例を示す。図１
は変速機１をエンジン３０などとともに表わした機能ブ
ロック図、図２および図３は、図１に示す機器の制御手
順を示すフローチャート、そして図４は、自動変速（オ
ート）の場合の変速域（シフトポジション）の例を示す
図である。なお、この例は自動二輪車におけるもので、
図１のとおり、エンジン３０は断続クラッチ３６を介し
て変速機１に連結され、変速機１はスプロケット１５お
よびチェーン１５ａを介して駆動輪（後輪。図示せず）
に連結されている。

【００１９】図１からわかるように、この変速機１は、
いわゆるドッグクラッチを有する常時噛合式のものであ
る。すなわち、変速機本体１０にはまず、入力軸１１と
出力軸１２とが平行に設けられ、両軸間に複数組（この
例では６段変速のため６組）のギヤがそれぞれ噛み合う
よう配置されている。噛み合う各組のギヤのうち一方は
軸上で空転する状態に設けられているので、全組のギヤ
が常時噛み合っているにも拘わらず入力軸と出力軸とが
ともに円滑に回転することができる。入力軸・出力軸の
それぞれの軸上には、スプラインを介して軸と相対回転
しないよう取り付けられたギヤと、軸受部材を介して空
転するギヤとが隣あわせになるよう配置されており、前
者・後者間の対向する各側面上にはドッグクラッチ（す
なわち突起と凹部との組）が結合可能に形成されてい
る。また前者（空転しない方）の各ギヤは、チェンジド
ラム１６から延びるシフトフォーク１７・１８・１９の
いずれかと係合しており、各フォークの動きによってス
プライン上を軸長方向に移動する。したがって、ドラム
１６で任意のシフトフォーク１７・１８・１９を動か
し、前者のギヤのいずれかを軸長方向にわずかに（各組
のギヤ同士の噛合状態を外さない範囲で）移動してドッ
グクラッチの一組を結合させることにより、任意の一組
のギヤに動力伝達をさせる状態になる。別のドッグクラ
ッチの組につなぎかえることによって動力伝達するギヤ
の組を変え、これによって変速（ギヤシフト）を行うの
である。なお、以上は、従来の通常の常時噛合式変速機
１の構成と異なるものではない。

【００２０】この変速機１における最大の特徴は、図１
のように、入力軸１１に対して回転速度センサー２１を
付けたうえサーボモータ２３を連結するとともに、出力
軸１２に回転速度センサー２２を付け、それらを制御手
段（電子コントロールユニット）４０に接続したことで
ある。制御手段４０は、センサー２１・２２の出力信号
を受けて、ショックなしにドッグクラッチが結合される
ための入力軸１１の回転速度を演算し、その結果に従っ
てモータ２３を制御するものである。この構成により、
変速の際、出力軸１２の回転速度に対応させて事前に入
力軸１１の回転速度を調整できるため、スムーズな変速
が可能となる。

【００２１】また自動変速の実現を目的として、図１の
とおり、この変速機１には下記の構成も施している。ま
ず、チェンジドラム１６の操作のために運転者用のレバ
ー（図示せず）のほかにモータ２４（自動の操作手段）
を設け、これも制御手段４０に接続した。変速機１自体
の構成ではないが、クラッチ３６を電磁アクチュエータ
３７（断続手段）にて操作するようにし、そのアクチュ
エータ３７も制御手段４０に接続した。また、エンジン
３０に対して回転速度センサー３１・スロットル開度セ
ンサー３２を設けたうえ、これらもそれぞれ制御手段４
０につなぐことにより、両センサー３１・３２のデータ
から適正ギヤを選ぶ機能（選択手段としての機能）を制
御手段４０に兼ねさせた。さらに、エンジン３０の点火
装置３３と燃料噴射装置３４とに対し、エンジン用制御
器３５を介して前記制御手段４０を接続した。そして、
このようにした制御手段４０に、自動変速か手動変速か
を運転者が選ぶギヤセレクタ４１を接続した。

【００２２】こうした構成により、自動変速は概ね下記
のようにして行うことができる。すなわち、1)センサー
３１・３２が検知するエンジン３０の回転速度やスロッ
トル開度、さらにはセンサー２２による出力軸１２の回
転速度（車速に相当）に基づいて、制御手段４０が演算
により適正なギヤシフトを選び、シフトアップするかシ
フトダウンするか、または変速しないかを決定する、2)
変速するとき制御手段４０は、まず電磁アクチュエータ
３７を介してクラッチ３６を切り、3)無負荷状態になっ
たエンジン３０の回転を制御器３５や点火装置３３・燃
料噴射装置３４を通じて制御しながら、4)センサー２１
・２２とモータ２３とを用いて、ドッグクラッチの結合
時にショックのないよう入力軸１１の回転速度を調整
し、5)モータ２４によりチェンジドラム１６を操作して
変速（ドッグクラッチのつなぎ変え）を行ったうえ、6)
再びクラッチ３６をつなぐ−といった手順を繰り返す
のである。

【００２３】上記の自動変速および手動による変速の手
順は、具体的には、図２および図３のフローチャートに
示される。図において、長円で囲んだステップは制御手
段４０が自らまたは各センサーからの入力を受けて行う
処理、菱形のステップは同様に制御手段４０が行う判
断、長方形のステップは制御手段４０が他へ出力するこ
とにより行う処理を示している。以下、両図に基づいて
説明する。

【００２４】図２に示す部分は、運転者がギヤセレクタ
４１に表わした意思表示と車両の状態とから、シフトア
ップするかシフトダウンするかなどを制御手段４０が判
断する過程である。すなわち、エンジン３０が起動され
たのち制御が始まり（ステップ５１）、セレクタ４１で
選ばれたポジションを制御手段４０が検知する（ステッ
プ５２）。セレクタ４１がオート（自動変速）モードに
なっておれば（ステップ５３）、制御手段４０は、スロ
ットル開度θ（ステップ５４）を知りエンジン３０の回
転速度Ｎｅ（ステップ５５）を知って、エンジン３０が
オーバーラン（回転速度の過上昇）していないかどうか
をまず判断する（ステップ５６）。もしオーバーランし
ておれば、回転速度を下げるべく無条件で、後述のシフ
トアップルーチンへ移る（ステップ５７）。オーバーラ
ンでなければ、変速機１の出力軸１２の回転速度Ｎｏ
（車速に相当する）をセンサー２２の信号から検知し
（ステップ５８）、あらかじめ記憶しておいた変速域の
テーブル（マップ）にそのＮｏと先のθとを当てはめて
（ステップ５９。図４参照）、シフトアップすべきと判
断すれば（ステップ６０）シフトアップルーチンへ進み
（ステップ６１）、シフトダウンすべきであれば（ステ
ップ６２）やはり後述のシフトダウンルーチンへ移る
（ステップ６３）。現在のシフトが適正であれば何もし
ないでステップ５１に戻り、同様の手順を繰り返す。セ
レクタ４１のギヤポジションがマニュアル（手動変速）
モードにある場合には、ステップ５３から、ステップ６
４以降のマニュアルの過程に移る。すなわち、チェンジ
ドラム１６のシフトレバーを運転者がシフトアップ側に
操作するときは、それに応じて（ステップ６５）シフト
アップルーチンへ進み（ステップ６６）、シフトダウン
側に操作するときは（ステップ６７）シフトダウンルー
チンへ移り（ステップ６８）、新たなレバー操作のない
ときは、何もしないでステップ５１へ戻った（ステップ
６９）うえ以上の手順を繰り返す。

【００２５】図３の部分は、シフトアップルーチンとシ
フトダウンルーチンの各フローを示している。図３(ａ)
のシフトアップルーチンでは、前述のステップ５７・６
１または６６からシフトアップルーチンへ移った（ステ
ップ７１）のち、下記の手順で１段だけシフトアップを
行う。まず、制御手段４０が電磁アクチュエータ３７を
操作してクラッチ３６を切る（ステップ７２）。制御手
段４０は、これにて無負荷状態になったエンジン３０の
回転速度Ｎｅを検知（ステップ７３）し、回転速度の急
上昇を抑制すべく制御器３５を介して点火装置３３・燃
料噴射装置３４を制御する（ステップ７４）。そのうえ
で制御手段４０は、変速機１の入力軸１１の回転速度Ｎ
ｉをセンサー２１の信号から検知し（ステップ７５）、
さきに検知した出力軸１２の回転速度Ｎｏとあらかじめ
記憶しておいたギヤ比（シフト後のギヤの減速比）とか
ら演算したシフトアップ後の回転速度Ｎｉを、その検知
した実際の速度Ｎｉと比較し、実際の速度Ｎｉの方が高
ければ（ステップ７６）、サーボモータ２３を減速（電
力回生をともなう制動）させてその速度Ｎｉを下げる
（ステップ７７）。逆に実際の速度Ｎｉが低ければ（ス
テップ７８）、モータ２３を加速して速度Ｎｉを上げる
（ステップ７９）。ステップ７５以降を繰り返し、演算
で求めた速度Ｎｉに実際の速度Ｎｉがほぼ一致した時点
で、モータ２４によりチェンジドラム１６を操作してシ
フトアップし（ステップ８０）、クラッチ３６をつなぎ
（ステップ８１）、もとへ戻って（ステップ８２）、図
２の最初のステップ５１からの処理・判断を繰り返す。

【００２６】一方、図３(ｂ)のシフトダウンルーチンで
は、図２のステップ６３または６８からシフトダウンル
ーチンへ移った（ステップ９１）のち、上記シフトアッ
プルーチンと同様の手順で１段のシフトダウンを行う。
その手順は、図のように、シフト「ダウン」することと
シフト「アップ」することとの違いを除いてシフトアッ
プルーチン（図３(ａ)）と全く同じであるため、対応す
るステップに２０を加算した類似の符号数字を付けて説
明を省略する。

【００２７】なお、図４は、オートモードで変速する際
の変速域（シフトアップ・シフトダウンのための条件）
を表わすマップの一例で、縦軸にスロットル開度θをと
り、横軸には変速機１の出力軸１２の回転速度Ｎｏをと
っている。境界線ａ〜ｅが、シフトアップまたはシフト
ダウンを行うべき開度θと速度Ｎｏとの関係を示し、曲
線ｘが、実際の運転によるθとＮｏの変化例を表わす。
θとＮｏの実際値がたとえば曲線ｘに沿って移動し、境
界線ａ〜ｅのいずれかを図の左から右へ横切るときは、
前述のステップ６０・６１（図２）以降によって１段の
シフトアップをし、右から左へ横切るときはステップ６
２・６３以降により１段のシフトダウンをするのであ
る。

【００２８】以上、一実施例を紹介したが、本発明がこ
の例に限定されるものでなく、種々の態様で実施され得
ることはもちろんである。すなわち、たとえば下記のよ
うな実施が考えられる。

【００２９】a) 変速機１の入力軸１１と出力軸１２と
にそれぞれ設けた回転速度センサー２１・２２として高
精度のロータリエンコーダなどを使用し、かつモータ２
３としても相当の精度のものを使用して、回転速度だけ
でなく入力軸１１の位相までも調整させるのもよい。位
相を調整すれば、変速時に結合させるドッグクラッチの
歯（突起）と凹部（穴）との位置を事前にぴったりと合
わせることができ、その結合時のショックが皆無とな
る。

【００３０】b) 出力軸１２にもモータを連結しておく
のもよい。変速のために変速機１とエンジン３０との間
のクラッチ３６を切ると、出力軸１２が（したがって駆
動輪が）トルクオフ（空転）状態になって好ましくない
ので、その間、このモータによって出力軸１２にトルク
を与えるのである。また、上記a)の場合にてこのb)を実
施すれば、上記の位相調整が速やかに行える。

【００３１】c) 実施例では、チェンジドラム１６やク
ラッチ３６を直接には機械的手段（制御手段４０がコン
トロールするモータ２４つきドラム１６と電磁アクチュ
エータ３７）に操作させたが、運転者に直接操作させる
ようにしてもよい。ただしこの場合、クラッチ３６の断
続状態をセンサーにて検知するとともに、クラッチ３６
が切られたのちモータ２３や制御手段４０等による入力
軸１１の回転速度調整がすむまでは、チェンジドラム１
６の動き（もしくはドッグクラッチの移動）を止めてお
く手段が必要である。

【００３２】d) 入力軸・出力軸に加えてリバースシャ
フトとリバースギヤとを変速機内に適切に配置しておけ
ば、後進用のギヤシフトが可能になるので、二輪車以外
の自動車にも本発明の変速機を適用できる。

【００３３】

【発明の効果】本発明の自動車用変速機は、1)構造が簡
単で小型・軽量であるうえ、2)エネルギーロスが少なく
て動力伝達効率が高く、しかも、3)変速時のショックが
ほとんどない、という効果を有する。また、4)従来の通
常の常時噛合式変速機に対して簡単な追加を施すだけで
構成できること、5)請求項２に示したように自動変速機
（または自動・手動の切り換え可能な変速機）とするこ
とも容易なこと−も本発明の変速機の利点である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である変速機１を、エンジン
３０などとともに表わした機能ブロック図である。

【図２】図１の機器につき制御手順を示すフローチャー
トの一部で、図３(ａ)または同(ｂ)につながる部分を示
す。

【図３】図２とつながる上記と同様のフローチャートの
一部で、図３(ａ)はシフトアップルーチン、同(ｂ)はシ
フトダウンルーチンを示す。

【図４】自動変速する場合の変速域マップの一例であ
る。

【符号の説明】

１変速機１０変速機本体１１入力軸１２出力軸２１・２２回転速度センサー２３モータ３０エンジン４０制御手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】常時噛合式の自動車用変速機において、出力軸に回転速度センサーを設けるとともに、入力軸に
も回転速度センサーを設け、かつその入力軸に増・減速
用のモータを連結し、さらに、上記二つのセンサーから
の信号を受けて必要な入力軸回転速度を演算したうえ上
記モータに速度指令を発する制御手段を設けたことを特
徴とする自動車用変速機。
【請求項２】車速と運転者のアクセル操作量とから上
記変速機の適正ギヤを選ぶ選択手段と、上記変速機をそ
のギヤに変速させる操作手段と、エンジン・変速機間の
クラッチ断続手段とを、上記の制御手段に関連させて設
けた請求項１に記載の自動車用変速機。