JPH11141665A - 自動車用変速機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自動クラッチを備えた同期噛み合い式変速機
において、変速時にクラッチが切れた際に、エンジンか
らの駆動力が中断することによる加速度の変動を抑え
て、違和感なく変速が行われるようにすること。 【解決手段】 変速機１０にモーター１８を設けて出力
軸６０を駆動可能に構成し、少なくとも変速時にクラッ
チ４４が切れている間、コントローラー２４からモータ
ー１８に電流を供給して出力軸６０を駆動し、加速感を
維持しつつ変速ができるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用の同期噛
み合い式変速機であって、変速操作に連動して自動的に
作動するクラッチを備えた変速機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジン側と変速機の入力軸との
間を自動的に接続、切り離しするクラッチを備えた自動
車用の同期噛み合い式変速機としては、変速をドライバ
ーの意思による手動操作で行いクラッチの断続のみを自
動的に行うセミオート式と呼ばれるものと、変速操作も
自動的に行い変速と連動してクラッチを断続する、いわ
ゆるフルオート式のものとがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の自動的に作
動するクラッチを備えた同期噛み合い式変速機にあって
は、一般的なトルクコンバーターと遊星歯車とを備えた
自動変速機に較べて燃費が優れる反面、変速操作のため
にクラッチが切れた際に駆動力の中断が起きるため、特
に第１速から第２速への変速など、低速段間の加速中の
変速において加速度の変動が大きく、ドライバーなどが
違和感を感じるという問題があった。

【０００４】一般に、セミオート式の場合はドライバー
が自分の意思で変速を行うので、変速操作中にエンジン
からの駆動力の中断があっても大きな違和感にはならな
いが、フルオート式の場合はドライバーの意思と無関係
に変速が行われるので、変速操作が行われる間の駆動力
の中断は自動車の加速度の変動となって大きな違和感に
つながる。また、追い越し加速時のように、スロットル
ペダルを踏み込んだ状態で変速による駆動力の中断が起
きると、ドライバーの意思に反するばかりか、追い越し
加速が鈍りドライバーに不快感を与えてしまうという問
題もある。

【０００５】そこで、本発明では、自動クラッチの作動
に際して駆動力の中断をなくして、違和感のないスムー
ズな変速を可能にすることを目的としている。さらに本
発明は、上記変速時の違和感解消とともに、自動車の制
動時のエネルギー回生や発進時の駆動力補助、および後
退段歯車を不要にすることも目的とする。特に発進時の
駆動力補助は、加速力の向上の他に、エンジンの排出ガ
スに含まれる有害物質の低減と、クラッチディスクの寿
命向上にも効果が期待できる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の本発明の自動車用変速機にあって
は、入力軸とエンジンのクランク軸との間がクラッチに
より連結、切り離し可能で、同期噛み合い式変速機構に
て変速した駆動力を出力軸から車輪に伝える自動車用変
速機において、少なくともクラッチを切った際に、出力
軸を駆動可能なモーターを備えたことを特徴とする。

【０００７】また、請求項２に記載の本発明の自動車用
変速機にあっては、クラッチが切り離されているとき、
検出したエンジンのスロットルペダルの踏み込み量の大
きさに応じてモーターに入力する電流を制御することを
特徴とする。

【０００８】また、請求項３に記載の本発明の自動車用
変速機にあっては、自動車の制動時にモーターを発電機
に切り替えて、制動エネルギーを回生可能にしたことを
特徴とする。

【０００９】また、請求項４に記載の本発明の自動車用
変速機にあっては、自動車の発進時にエンジンからの駆
動に加えてモーターで補助駆動することを特徴とする。

【００１０】また、請求項５に記載の本発明の自動車用
変速機にあっては、自動車の後退時にモーターのみで逆
転駆動することを特徴とする。

【００１１】

【作用】請求項１に記載の本発明の変速機にあっては、
出力軸を駆動可能なモーターを備えたため、少なくとも
クラッチを切った際に、エンジンからの駆動力が車輪側
へ伝わらなくなるが、モーターで出力軸を駆動すること
で自動車の加速度の大きな変動（落ち込み）を抑える。
したがって、変速操作中の駆動力の中断がなく違和感を
防止することができる。

【００１２】また、請求項２に記載の本発明の変速機に
あっては、クラッチを切った状態で変速する際、エンジ
ンの駆動力は変速機の出力軸、すなわち車輪には伝わら
ないが、このときスロットルペダルの踏み込み量を検出
してその大きさに応じて制御された電流をモーターに入
力する。モーターへ入力する電流の大きさはスロットル
ペダルが踏み込まれているほど大きくなるよう制御す
る。モーターは変速機の出力軸を上記制御電流に応じた
駆動力で駆動する。この結果、変速中での駆動力の中断
がなくなり、ドライバーの意思に合った加速力を維持し
ながら変速ができるので、スムーズな加速感を得ながら
変速を行うことができる。

【００１３】また、請求項３に記載の本発明の変速機に
あっては、自動車の制動時にモーターを発電機に切り替
えて、車輪側から出力軸を介してモーターを回すことで
モーターを発電機として機能させ、従来、熱に変えて捨
てていた自動車の制動エネルギーを発電機で電気エネル
ギーに変換してバッテリー等に蓄える。この蓄積した電
気エネルギーにて以降の発進時や加速時にモーターで出
力軸、すなわち車輪を補助駆動することが可能となり、
自動車の燃費向上が図れる。

【００１４】また、請求項４に記載の本発明の変速機に
あっては、自動車の発進時にエンジンで出力軸を駆動す
るのに加え、モーターでも出力軸を駆動する。したがっ
て、エンジン単体で得られる加速力より大きな加速力が
得られる。また、同じ加速力を得るとした場合、モータ
ーでの駆動分はエンジン出力が小さくても済むことか
ら、エンジンの排出ガスに含まれる有害物質の低減が可
能になるだけでなく、クラッチの負担が減るため、クラ
ッチディスクの寿命向上にも効果がある。

【００１５】また、請求項５に記載の本発明の変速機に
あっては、自動車の後退時にスリーブを中立にするなど
して出力軸にエンジンからの駆動力を伝えず、モーター
にて出力軸を逆転駆動する。モーターで逆転駆動する結
果、本発明の変速機では後退用の歯車が不要となる。こ
れにより、製造コストの低減や軽量化が図れる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づき説明する。図１は、本発明の自動車用変速機のス
ケルトン図であり、図２はエンジンおよび制御系統を含
むシステム全体を表す。はじめに図２のシステム全体を
説明する。図２のシステムは変速操作も自動化したフル
オート式のものである。

【００１７】変速機１０はエンジン１２と一体的に連結
されている。変速機１０には変速操作を行う変速アクチ
ュエーター１４、後述するクラッチ４４を断続操作する
クラッチアクチュエーター１６、モーター１８および速
度センサー２０が設けられている。エンジン１２には図
示しないスロットルバルブを開閉するスロットルアクチ
ュエーター２２が設けられている。

【００１８】コントローラー２４は、前記の変速アクチ
ュエーター１４、クラッチアクチュエーター１６、モー
ター１８、速度センサー２０、スロットルアクチュエー
ター２２と連結されるとともに、シフトレバー２６の動
きを検出するポジションセンサー２８、スロットルペダ
ル３０の踏み込み量を検出するスロットルセンサー３
２、制動操作を検出するブレーキセンサー３８、および
バッテリー３４と結ばれている。シフトレバー２６は一
般的な自動変速機と同様に、駐車のための『Ｐ』、後退
のための『Ｒ』、中立の『Ｎ』、通常走行用の『Ｄ』、
エンジンブレーキ等に使う『Ｌ』などのポジションを選
択できる。モーター１８はコントローラー２４の作用で
発電機に切り替えることができ、発電した場合はバッテ
リー３４の充電を行う。

【００１９】次に図１の変速機１０を説明する。３６は
エンジン１２のクランク軸である。入力軸４０はクラッ
チディスク４２と連結しており、クラッチディスク４２
はクラッチ４４がクラッチアクチュエーター１６により
操作されることでエンジン１２のクランク軸３６との接
続、切り離しが可能である。入力軸４０には１速入力歯
車４８、２速入力歯車５０、５速入力歯車５２および後
退段入力歯車５４とが一体的に設けられ、３速入力歯車
５６と４速入力歯車５８とが回転自在に設けられてい
る。

【００２０】出力軸６０は図示しない差動装置等を介し
て自動車の車輪を駆動する。出力軸６０には、３速入力
歯車５６と噛み合った３速出力歯車６２および、４速入
力歯車５８と噛み合った４速出力歯車６４とが一体的に
設けられ、１速入力歯車４８と噛み合った１速出力歯車
６６、２速入力歯車５０と噛み合った２速出力歯車６
８、５速入力歯車５２と噛み合った５速出力歯車７０お
よび、アイドラ歯車７２を介して後退段入力歯車５４に
より駆動される後退段出力歯車７４とが回転自在に設け
られている。

【００２１】入力軸４０は、第１スリーブ７６により３
速入力歯車５６および４速入力歯車５８と連結可能であ
る。すなわち第１スリーブ７６を右側へ移動すると３速
入力歯車５６と連結し、左側へ移動すると４速入力歯車
５８と連結する。詳細は省略するが、第１スリーブ７６
と３速入力歯車５６および４速入力歯車５８との間に
は、噛み合いをスムーズに行うための図示しない同期装
置がそれぞれに設けられている。

【００２２】出力軸６０は、第２スリーブ７８により１
速出力歯車６６および２速出力歯車６８と連結可能であ
り、第３スリーブ８０により５速出力歯車７０および後
退段出力歯車７４と連結可能である。すなわち第１スリ
ーブ７６と同様に、第２スリーブ７８および第３スリー
ブ８０を左右に移動させることでそれぞれの連結が行わ
れる。第２スリーブ７８および第３スリーブ８０と各出
力歯車６６、６８、７０、７４との間にはそれぞれ図示
しない同期装置が設けられている。

【００２３】４速入力歯車５８と噛み合った電動歯車８
２はモーター１８と連結している。従って、コントロー
ラー２４を介してバッテリー３４から電流を供給される
と、モーター１８は電動歯車８２、４速入力歯車５８お
よび４速出力歯車６４を介して出力軸６０を駆動し、発
電機に切り替えると前記と逆に出力軸６０から駆動され
て発電し、コントローラー２４を介してバッテリー３４
に電力を送る。変速機１０は、モーター１８と電動歯車
８２および変速アクチュエーター１４などを除けば、一
般的な前進５段後進１段の同期噛み合い式変速機であ
る。

【００２４】次に、上記構成の変速機１０およびシステ
ム全体の作動について説明する。クラッチ４４はコント
ローラー２４により断続制御される。すなわち第１スリ
ーブ７６、第２スリーブ７８および第３スリーブ８０の
移動を伴う変速操作に際してクラッチ４４は切れて動力
の伝達は行われず、第１スリーブ７６、第２スリーブ７
８および第３スリーブ８０のいずれかが所定の歯車と連
結した状態で接続可能になる。また、クラッチ４４が切
れる場合は、コントローラー２４の指令に基づいてエン
ジン１２のスロットルアクチュエーター２２が作動して
図示しないスロットルバルブが閉じ、エンジン１２の無
用な回転上昇を防止するようになっている。

【００２５】さらにクラッチ４４が切れる場合は、スロ
ットルセンサー３２から伝えられるスロットルペダル３
０の踏み込み量をもとにコントローラー２４からモータ
ー１８に所定の電流が供給され、エンジン１２に代わっ
てモーター１８が出力軸６０を駆動する。

【００２６】次に、発進から変速に至る作動を説明す
る。ドライバーがシフトレバー２６を操作して中立の
『Ｎ』から『Ｄ』を選択すると、コントローラー２４は
ポジションセンサー２８から選択されたポジションを検
出し、発進制御に入る。まずクラッチアクチュエーター
１６によりクラッチ４４が切れ、変速アクチュエーター
１４の作用で第２スリーブ７８が右側へ移動して１速出
力歯車６６と連結される。ここでドライバーがスロット
ルペダル３０を踏み込むとコントローラー２４を介して
エンジン１２のスロットルアクチュエーター２２が図示
しないスロットルバルブを開いてエンジン回転を上昇さ
せる。エンジン回転が上昇するとクラッチ４４は徐々に
接続され、自動車は発進する。

【００２７】次に、自動車の速度が上昇すると、スロッ
トルセンサー３２からのスロットルペダル３０の踏み込
み量と車速センサー２０の速度情報に基づいて、コント
ローラー２４が第１速から第２速への変速指令を出す。
変速はドライバーがスロットルペダル３０を踏み込んだ
ままで行われる。まずクラッチ４４が切れると同時にエ
ンジン１２のスロットルアクチュエーター２２が作動し
てスロットルバルブが閉じられてエンジン回転数が下が
る。これと同時にコントローラー２４からモーター１８
に電流が供給され、モーター１８は電動歯車８２を介し
て出力軸６０を駆動する。すなわちクラッチ４４が切れ
てエンジン１２からの動力伝達が遮断されると同時に、
モーター１８によって出力軸６０は駆動され、結果とし
て変速操作中も自動車は加速し続けることになる。

【００２８】クラッチ４４が切れると変速アクチュエー
ター１４が作動して第２スリーブ７８が左側へ移動し、
２速出力歯車６８と連結する。その後、クラッチ４４が
接続されるとともにエンジン１２のスロットルバルブも
スロットルペダル３０の踏み込み量に応じた位置まで開
き、エンジン１２による駆動が始まる。と、同時にモー
ター１８への電流供給は遮断され、モーター１８による
駆動は終了してエンジン１２の駆動による通常の第２速
の走行に移る。

【００２９】すなわち変速操作をする間だけ、電気によ
るモーター駆動に切り替わるのであり、変速操作が終了
すると一般的な変速機と同じ作用に戻る。前記のモータ
ー１８へ供給される電流は、スロットルペダル３０の踏
み込み量が大きいほど大きな電流値または電圧値になる
ように制御されるので、変速中にモーターで駆動される
加速力はドライバーの意思に合ったものとなる。したが
って、変速操作中にドライバーがスロットルペダル３０
の踏み込み量を変えた場合は、モーター１８の駆動力も
それに応じて変化する。

【００３０】以上は、第１速から第２速への変速につい
ての説明であるが、以降の第３速乃至第５速への変速操
作についても同様の作動が行われ、駆動力の中断を伴わ
ずに変速することができる。後退する場合は、第３スリ
ーブ８０を後退段出力歯車７４と噛み合せる他は、前述
の第１速での発進と同様の作動を行う。

【００３１】モーター１８への供給電流は前述のよう
に、スロットルペダル３０の踏み込み量に応じて制御さ
れると同時に、変速ポジションによっても変化する。す
なわち、一般に第１速から第２速への変速の場合より、
第３速から第４速への変速の場合の方が自動車の加速度
が低下するので、変速操作中のモーター１８による駆動
力も低くてよいことになる。従って、コントローラー２
４からモーター１８への電流供給は、スロットルペダル
３０の踏み込み量と変速段および速度センサー２０から
の速度情報などに応じて、できるだけ変速直前の加速度
をモーター１８の駆動で維持するように制御される。

【００３２】以上の説明は、変速操作を自動化したフル
オート式の場合の作動であるが、ドライバーがシフトレ
バーを操作して変速する、いわゆるセミオート式であっ
ても、同様の作動でスムーズな加速感を保ったまま変速
することができる。

【００３３】また、ドライバーがシフトレバー２６を
『Ｌ』に操作し、スロットルペダル３０の踏み込み量が
０の場合は、例えば第４速から第３速などへの減速操作
を行ってエンジンブレーキと呼ばれる制動作用に入る
が、同時にモーター１８を発電機に切り替えて、発電さ
せることで制動力を高めるとともに、バッテリー３４の
充電を行う。これにより、従来は熱エネルギーに変換し
て捨てていた制動力の一部を電気エネルギーに変換して
バッテリーに蓄える、いわゆるエネルギー回生が行われ
る。モーター１８を発電機に切り替えてエネルギー回生
を行う作用は、ブレーキセンサー３８により制動中であ
ることを検出して、シフトレバー２６の操作とは別に自
動的に行うこともできる。

【００３４】さらに、モーター１８を自動車の発進時や
加速時の駆動力補助に用いることもできる。すなわち、
前述の発進作用や加速の際にスロットルペダル３０の踏
み込み量に応じてモーター１８に電流を供給すること
で、エンジン１２からクラッチ４４を介して行われる駆
動力に加えてモーター１８で駆動力を補助する。従っ
て、自動車はエンジン１２とモーター１８の両者から駆
動されることになる。この場合は電力消費が大きくなる
ので、クラッチ４４がつながった通常の走行状態におい
ても、必要に応じてモーター１８を発電機に切り替えて
充電を行うことができる。

【００３５】次に、図３は、本発明の他の実施形態の変
速機を表すスケルトン図である。図１の実施形態との主
な違いは、前進６段の変速機であることと後退のための
専用歯車を持たないこと、および入力軸４０と出力軸６
０の他に副軸８４を設け、第１速と第２速の際にそれぞ
れの出力歯車６６、６８と噛み合う第２スリーブ７８が
副軸８４上に設けられていることである。

【００３６】副軸８４に伝えられた動力は、副軸歯車８
６から入力軸４０に回転自在に設けられ３速入力歯車５
６と一体になった被動歯車８８に伝えられ、３速入力歯
車５６および３速出力歯車６２を介して出力軸６０を駆
動する。

【００３７】出力軸６０上には１速入力歯車４８と噛み
合った４速出力歯車６４、および２速入力歯車５０と噛
み合った６速出力歯車９０が回転自在に設けられ、それ
らと噛み合う第３スリーブ８０が出力軸６０上に設けら
れている。さらに、出力軸６０には前記３速出力歯車６
２と５速出力歯車７０とが一体に設けられている。

【００３８】また、入力軸４０には５速入力歯車５２が
回転自在に設けられ、５速入力歯車５２および前記３速
入力歯車５６と噛み合う第１スリーブ７６が入力軸４０
上に設けられている。モーター１８は、電動歯車８２を
介して３速出力歯車６２を駆動可能なように構成されて
いる。

【００３９】図３に示す変速機１０は、副軸８４を設け
たことと後退のための歯車を有しないので、前進６段で
ありながら軸方向長さが短いという特徴を持っている。
この実施形態における発進および変速時の作動は図１に
示した実施形態と同じであるので説明を省略するが、後
退においては第１乃至第３スリーブ７６、７８、８０を
中立にするなどしてエンジン１２からの駆動力を出力軸
６０へ伝えず、モーター１８の逆転によって出力軸６０
を駆動する。従って、後退のための専用歯車が不要にな
る。

【００４０】本発明の変速機は、当業者の一般的な知識
に基づいて、バッテリーの代わりにパワーキャパシタと
呼ばれる電気二重層コンデンサー等を用いたり、『Ｄ』
ポジションにおいてはスロットルペダルを踏まなくても
モーター駆動で微速前進を可能にする、などの変更や、
クラッチディスクの摩耗によるクラッチの断続タイミン
グの変化を学習して通電タイミングを制御するなど、種
々の改良を加えた態様で実施することができる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の自動
車用変速機によれば、請求項１に記載の変速機にあって
は、クラッチを切った際に出力軸を駆動可能なモーター
を備えたため、変速操作中においても出力軸をモーター
で駆動できるので駆動力の中断がなく、変速中の加速度
の変動を抑えて違和感を防止することができる。

【００４２】また、請求項２に記載の本発明の変速機に
よれば、クラッチを切り離した際に、スロットルセンサ
ーによって検出したスロットルペダルの踏み込み量が大
きいほどモーターに入力する電流または電圧が大きくな
るように制御するため、ドライバーの意思に合った加速
力を維持しながら変速ができるので、よりスムーズな変
速を行うことができる。

【００４３】また、請求項３に記載の本発明の変速機に
よれば、自動車の制動時にモーターを発電機に切り替え
て、制動エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテ
リー等に蓄えるようにしたため、従来は熱エネルギーと
して捨てていた制動エネルギーの一部を回生して、自動
車の発進時や加速時に補助駆動することが可能となり、
自動車の燃費が向上する。

【００４４】また、請求項４に記載の本発明の変速機に
あっては、自動車の発進時にエンジンによる出力軸の駆
動に加えてモーターで補助駆動するようにしたため、発
進加速力の向上の他に、低速で駆動力補助することでエ
ンジンの排出ガスに含まれる有害物質が低減するという
効果があり、さらに発進時におけるクラッチの負担が減
るのでクラッチディスクの摩耗が少なくなってクラッチ
の寿命が向上する。

【００４５】また、請求項５に記載の本発明の変速機に
あっては、自動車の後退時にスリーブを中立にするなど
してエンジンからの駆動力を出力軸へ伝えず、モーター
のみで逆転駆動するようにしたため、後退用の歯車が不
要になり、変速機の製造コストを削減するとともに軽量
化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自動車用変速機のスケルトン図であ
る。

【図２】本発明の自動車用変速機の制御系を含むシステ
ム全体を示す図である。

【図３】本発明の他の実施形態の変速機のスケルトン図
である。

【符号の説明】

１０：変速機 １２：エンジン １４：変速アクチュエーター １６：クラッチアクチュエーター １８：モーター ２０：速度センサー ２２：スロットルアクチュエーター ２４：コントローラー ２６：シフトレバー ２８：ポジションセンサー ３０：スロットルペダル ３２：スロットルセンサー ３４：バッテリー ３６：クランク軸 ３８：ブレーキセンサー ４０：入力軸 ４２：クラッチディスク ４４：クラッチ ４８：１速入力歯車 ５０：２速入力歯車 ５２：５速入力歯車 ５４：後退段入力歯車 ５６：３速入力歯車 ５８：４速入力歯車 ６０：出力軸 ６２：３速出力歯車 ６４：４速出力歯車 ６６：１速出力歯車 ６８：２速出力歯車 ７０：５速出力歯車 ７２：アイドラ歯車 ７４：後退段出力歯車 ７６：第１スリーブ ７８：第２スリーブ ８０：第３スリーブ ８２：電動歯車 ８４：副軸 ８６：副軸歯車 ８８：被動歯車 ９０：６速出力歯車

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力軸とエンジンのクランク軸との間が
   クラッチをにより連結、切り離し可能で、同期噛み合い
   式変速機構にて変速した駆動力を出力軸から車輪に伝え
   る自動車用変速機において、少なくとも前記クラッチを
   切った際に、前記出力軸を駆動可能なモーターを備えた
   ことを特徴とする自動車用変速機。
2. 【請求項２】 前記クラッチが切り離されているとき、
   検出した前記エンジンのスロットルペダルの踏み込み量
   の大きさに応じて前記モーターに入力する電流を制御す
   ることを特徴とする請求項１に記載の自動車用変速機。
3. 【請求項３】 自動車の制動時に、前記モーターを発電
   機に切り替えて、制動エネルギーを回生可能にしたこと
   を特徴とする請求項１乃至２に記載の自動車用変速機。
4. 【請求項４】 自動車の発進時に、エンジンからの駆動
   に加えて前記モーターで補助駆動することを特徴とする
   請求項１に記載の自動車用変速機。
5. 【請求項５】 自動車の後退時に、前記モーターのみで
   逆転駆動することを特徴とする請求項１に記載の自動車
   用変速機。