WO2021060360A1 - ギヤ段切替装置、車両およびギヤ段切替方法 - Google Patents

ギヤ段切替装置、車両およびギヤ段切替方法 Download PDF

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gear stage
vehicle
starting
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厚 内野
伸 莵原
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いすゞ自動車株式会社
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    • F16H61/00—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/68—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing specially adapted for stepped gearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H—GEARING
    • F16H59/00—Control inputs to control units of change-speed-, or reversing-gearings for conveying rotary motion
    • F16H59/68—Inputs being a function of gearing status

Definitions

  • the present disclosure relates to a gear stage switching device, a vehicle, and a gear stage switching method.
  • Patent Document 1 discloses a vehicle that starts by switching to either a main transmission or an auxiliary transmission according to a friction coefficient of a road surface.
  • a vehicle such as a truck having a transmission mechanism capable of shifting by switching a plurality of gear stages having different gear ratios
  • two or more gear stages among the plurality of gear stages are set as starting gear stages.
  • the optimum gear stage is selected from the starting gear stages according to the slope of the road surface and the weight of the vehicle at the time of starting, and the vehicle is controlled to start in the selected gear stage.
  • each gear stage a range of gradient is set so that each starting acceleration becomes a desired acceleration.
  • the gradient information is based on information from a detection unit such as a gradient sensor, and the gear stage corresponding to the range of the gradient in which the information is located is selected as the starting gear stage.
  • An object of the present disclosure is to provide a gear stage switching device, a vehicle, and a gear stage switching method capable of starting a vehicle at a more optimum starting acceleration.
  • the gear stage switching device is A gear stage switching device for a vehicle which is composed of a plurality of gear stages and has a transmission mechanism for setting two or more gear stages among the plurality of gear stages as starting gear stages.
  • a gear stage selection unit that selects the optimum starting gear from the setting range of the starting gear based on the weight of the vehicle and the information on the slope of the road surface on which the vehicle stops.
  • the setting range of the starting gear stage is switched from the first range of the two or more gear stages to the second range having more gear stages than the first range.
  • the gear stage selection unit selects the optimum starting gear stage from the second range.
  • the vehicle pertaining to this disclosure A transmission mechanism that is composed of a plurality of gears and that sets two or more gears among the plurality of gears as starting gears.
  • Gradient detection unit that detects road surface slope information, With the above gear stage switching device, To be equipped.
  • the gear stage switching method is described.
  • This is a gear stage switching method for a vehicle having a transmission mechanism composed of a plurality of gear stages and setting two or more gear stages among the plurality of gear stages as starting gear stages.
  • the step of switching the setting range of the starting gear stage from the first range of the two or more gear stages to the second range having more gear stages than the first range.
  • a step of selecting the optimum starting gear from the setting range of the starting gear based on the information of the weight of the vehicle and the slope of the road surface on which the vehicle stops.
  • the set range is switched in the step of selecting the optimum starting gear, the optimum starting gear is selected from the second range.
  • the vehicle can be started at a more optimum starting acceleration.
  • FIG. 1 is a diagram showing a vehicle to which the gear stage switching device according to the embodiment of the present disclosure is applied.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining an optimum gradient range for each gear stage.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining an optimum gradient range for each gear stage.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an operation example of gear stage switching control in the gear stage switching device.
  • FIG. 1 is a diagram showing a vehicle 1 to which the gear stage switching device 100 according to the embodiment of the present disclosure is applied.
  • vehicle 1 is a large vehicle such as a truck.
  • vehicle 1 includes a propeller shaft 2, a differential gear 3, a drive wheel 4, an engine 5, a transmission 6, a gradient detection unit 7, and a gear stage switching device 100.
  • the engine 5 is an internal combustion engine such as a diesel engine.
  • the power of the engine 5 is transmitted to the transmission 6 via a clutch (not shown), and the power transmitted to the transmission 6 is transmitted to the drive wheels 4 via the propeller shaft 2 and the differential gear 3.
  • the transmission 6 is, for example, an AMT (Automated Manual Transmission), and constitutes a plurality of shift stages.
  • the transmission 6 has a transmission mechanism 6A.
  • the transmission mechanism 6A has a plurality of gear stages having different gear ratios from each other. By selecting one of the plurality of gears, the speed of the vehicle 1 is set to the speed corresponding to the selected gears. Further, the transmission mechanism 6A sets two or more gears among the plurality of gears as the starting gears of the vehicle 1.
  • the starting gear stage is selected by the gear stage switching device 100, which will be described later, when the vehicle 1 starts.
  • four gears are set as the starting gears.
  • the four gears, which are the starting gears are selected from the plurality of gears in descending order of gear ratio.
  • the four gears, which are the starting gears are the slowest first gear, the second slowest second gear, the third slowest third gear, and the fourth slowest fourth gear. Has.
  • the plurality of gears have a larger number of gears than the starting gears, and in addition to the starting gears, the plurality of gears have gears having a gear ratio smaller than that of the starting gears.
  • the gradient detection unit 7 is a known gradient sensor that detects the gradient information of the road surface on which the vehicle 1 stops.
  • the gear stage switching device 100 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and an input / output circuit (not shown).
  • the gear stage switching device 100 is configured to switch gear stages in the transmission mechanism 6A based on a preset program.
  • the gear stage switching device 100 includes a gear stage selection unit 110 and a switching unit 120.
  • the gear stage selection unit 110 selects the optimum starting gear stage from the setting range of the starting gear stage based on the information of the weight of the vehicle 1 and the slope of the road surface on which the vehicle 1 stops.
  • the optimum starting gear is a gear in which the starting acceleration of the vehicle 1 when set to that gear is the desired acceleration or is closest to the desired acceleration.
  • the desired acceleration is a starting acceleration that enables the smoothest starting of the vehicle 1, and can be appropriately set.
  • A, which is the starting acceleration, can be calculated by, for example, the following equation (1).
  • T is the starting torque.
  • ⁇ is the rolling resistance coefficient.
  • G is the gear ratio of the set gear.
  • ⁇ is, for example, a coefficient that can be calculated by the following equation (2).
  • F is the final ratio.
  • r is the tire moving radius.
  • W is the weight of the vehicle 1.
  • the weight of the vehicle 1 may be, for example, an estimated weight based on information from some detection unit provided in the vehicle 1.
  • ⁇ is the angle of the road surface on which the vehicle 1 travels with respect to the horizontal plane.
  • ⁇ can be expressed by, for example, the following equation (3) in relation to the equation (1).
  • the information on the slope of the road surface on which the vehicle 1 travels can be calculated by the following equation (4) from the relationship with ⁇ .
  • the gradient information is information acquired from the gradient detection unit 7. Therefore, the gear stage selection unit 110 selects a gear stage corresponding to the optimum gradient equal to or closest to the gradient information acquired from the gradient detection unit 7 from the setting range of the starting gear stage.
  • an optimum gradient range is set for each gear stage within the set range of the starting gear stage.
  • the optimum gradient range is calculated based on the equation (4), for example, by the following equation (5).
  • Optimal gradient range [%] tan (asin (T ⁇ x G1- ⁇ -A)) x 100-tan (asin (T ⁇ x G2- ⁇ -A)) x 100 ... (5)
  • G1 is a gear ratio of a predetermined gear
  • G2 is a gear ratio of a gear whose gear ratio is one step lower than that of the predetermined gear. That is, the optimum gradient range is desired in a gear stage having a gear ratio one step lower than that of the first gradient that enables the vehicle 1 to start at a desired acceleration in the gear stage set in the starting gear stage. This is the range up to the second gradient that enables the vehicle 1 to start with acceleration. Further, the upper limit of the setting range of the starting gear, that is, the optimum gradient range set for the gear having the smallest gear ratio, does not include the gear one step lower than the gear. Therefore, the total gradient is set to the first gradient or less.
  • the gear stage selection unit 110 selects the gear stage corresponding to the optimum gradient range in which the gradient information acquired from the gradient detection unit 7 is located from the gear stages belonging to the starting gear stage.
  • the gear stage selection unit 110 sets the third gear stage as the starting gear stage. Set as.
  • the fourth gear stage is the gear stage which is the upper limit of the setting range of the starting gear stage.
  • the first gear stage, the second gear stage, the third gear stage, and the fourth gear stage are set as the starting gear stages, but the vehicle 1 is used for starting. Due to power and starting acceleration, a gear with a relatively large gear ratio is set as the starting gear.
  • the starting acceleration varies depending on ⁇ , that is, the weight of the vehicle, as shown in the above equations (1) and (2). Therefore, depending on the value of ⁇ , a gear having a gear ratio smaller than that set as the starting gear may be optimal. For example, when the weight of the vehicle 1 is relatively small, power for starting is not required. Therefore, as long as the starting acceleration is the gear stage closest to the desired acceleration, the setting range of the starting gear stage is increased for comparison. It is considered that a gear with a small gear ratio may be selected as the starting gear.
  • the information from the gradient detection unit 7 has an error from the actual gradient. Therefore, if the setting range of the starting gear stage is increased, for example, when the error range of the gradient detecting unit 7 exceeds the optimum gradient range of the gear stage, the gear stage that originally requires power for starting is selected. Even if this is the case, a gear with less power may be selected.
  • the fifth gear which has a smaller gear ratio than the fourth gear, can also be selected as the starting gear.
  • the actual slope on the road surface where the vehicle 1 is stopped is T2, which is the optimum slope range of the third gear.
  • the error range of the gradient detection unit 7 exceeds the optimum gradient range of the third gear stage or the optimum gradient range of the fourth gear stage which is the next gear stage of the third gear stage, it is originally selected.
  • a gear that is not the third gear to be used is selected as the starting gear.
  • FIG. 3 illustrates that the gradient information detected by the gradient detection unit 7 is T3, which is the optimum gradient range of the fifth gear stage.
  • the gear ratio of the starting gear is shifted by two gears, and the difference between the starting acceleration in the fifth gear and the desired acceleration in the third gear becomes large.
  • the optimum gradient range varies depending on the size of ⁇ , that is, the weight of the vehicle 1. Specifically, as the weight of the vehicle 1 becomes smaller, ⁇ becomes larger. Therefore, as the weight of the vehicle 1 becomes smaller, the optimum gradient range becomes wider.
  • the switching unit 120 changes from the first range of the first gear, the second gear, the third gear, and the fourth gear to the first range rather than the first range.
  • the setting range of the starting gear is switched to the second range in which the number of gears is large.
  • the gears included in the second range are gears selected in descending order of gear ratio among the gears included in the first range and the other gears.
  • the plurality of gears include the first gear to the fourth gear, the fifth gear having a smaller gear ratio than the fourth gear, and the gear ratio being higher than the fifth gear. It includes a smaller sixth gear and a gear with a smaller gear ratio than these gears. Therefore, the second range includes the first gear stage, the second gear stage, the third gear stage, the fourth gear stage, the fifth gear stage, and the sixth gear stage.
  • the gear stage added to the second range from the first range is a gear stage whose optimum gradient range is equal to or larger than the error range. That is, the optimum gradient range of all the gear stages included in the second range is equal to or greater than the error range of the gradient information when the weight of the vehicle 1 is smaller than the threshold weight.
  • the threshold weight is such that the optimum gradient range corresponding to the fourth gear, which is the gear with the narrowest optimum gradient range among the gear stages included in the first range and the second range, is larger than the gradient error range.
  • Threshold weight final ratio / (tire radius x ⁇ ) ⁇ ⁇ ⁇ (6)
  • the starting gear stage within the second range can cover the error range of the gradient detection unit 7. Therefore, even if the value of the gradient detection unit 7 deviates from the optimum gradient range of the optimum gear stage in the actual gradient, it can be at least the next gear stage of the gear stage, so that the starting gear stage shifts. Can be set to 1 step or less.
  • the gear stage selection unit 110 selects the optimum starting gear stage from the second range. For example, the gear stage selection unit 110 selects the fifth gear stage or the sixth gear stage when the gradient information of the gradient detection unit 7 is within the optimum gradient range of the fifth gear stage or the sixth gear stage.
  • the gear stage with the optimum starting acceleration is selected as the starting gear stage, and the vehicle 1 can be optimally started. Further, by selecting a gear with a small gear ratio as the starting gear, when the vehicle 1 accelerates, it becomes easy to shift to the gear with a smaller gear ratio, so that the vehicle 1 can accelerate smoothly. Can be realized.
  • the optimum gradient range of the gear stages added from the gear stages of the first range is equal to or greater than the error range of the gradient detection unit 7, and the starting acceleration in the gear stages is , Any number may be used as long as the speed is suitable for starting.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an operation example of the gear stage switching control in the gear stage switching device 100. The process in FIG. 4 is appropriately executed, for example, when the vehicle 1 stops. It is assumed that the setting range of the starting gear is set to the first range.
  • the gear stage switching device 100 determines whether or not the weight of the vehicle 1 is smaller than the threshold weight (step S101). As a result of the determination, when the weight of the vehicle 1 is equal to or greater than the threshold weight (steps S101, NO), the process proceeds to step S103.
  • step S101 when the weight of the vehicle 1 is smaller than the threshold weight (step S101, YES), the gear stage switching device 100 switches the setting range of the starting gear stage to the second range (step S102).
  • the gear stage switching device 100 acquires gradient information from the gradient detection unit 7 (step S103).
  • the gear stage switching device 100 selects the optimum gear stage from the setting range of the starting gear stage based on the gradient information (step S104). After that, this control ends.
  • the setting range of the starting gear stage may be returned to the first range.
  • the setting range of the starting gear stage is switched from the first range to the second range. Since the optimum gradient range of the gear stages included in the second range is equal to or greater than the error range of the gradient detection unit 7, it is possible to prevent the deviation of the starting gear stages from becoming two or more stages. That is, since the deviation of the starting gear stage can be set to one or less, the deviation of the selected starting gear stage can be reduced.
  • the setting range of the starting gear stage is switched from the first range to the second range, so that the choice of gear stages can be increased, and by extension, the more optimum gear stage is started. It can be selected as a gear stage. As a result, the vehicle 1 can be started at a more optimum starting acceleration.
  • the gear stage switching device 100 is provided in the vehicle 1, but the present disclosure is not limited to this, and the gear stage switching device 100 may be provided outside the vehicle 1.
  • the gear stage switching device 100 acquires the information of the gradient detection unit 7 of the vehicle 1 and the information of the weight of the vehicle 1 from the vehicle 1. Then, based on this information, the switching unit 120 and the gear stage selection unit 110 perform their respective processes, and the gear stage selection unit 110 transmits the selection result of the optimum starting gear stage to the vehicle 1.
  • the vehicle 1 When the vehicle 1 receives the selection result, the vehicle 1 sets the gear stage based on the selection result as the starting gear stage. Even in this way, the deviation of the selected starting gear can be reduced.
  • the first gear stage, the second gear stage, the third gear stage, and the fourth gear stage are exemplified as the gear stages in the first range, but the present disclosure is not limited to this.
  • the gear stages in the first range may be two or more gear stages
  • the first gear stage and the second gear stage may be used, or the first gear stage, the second gear stage, and the third gear stage may be used.
  • the transmission 6 may be a transmission other than the AMT, for example, a DCT (Dual Clutch Transmission) or an AT (Automatic Transmission).
  • the gear stage switching device of the present disclosure is useful as a gear stage switching device, a vehicle, and a gear stage switching method capable of starting a vehicle at a more optimum starting acceleration.

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Abstract

ギヤ段切替装置は、発進用ギヤ段を選択するギヤ段選択部と、車両の重量が閾値重量より小さい場合、第１範囲よりもギヤ段の数が多い第２範囲に発進用ギヤ段の設定範囲を切り替える切替部と、を備え、ギヤ段選択部は、切替部により設定範囲が切り替えられた場合、第２範囲の中から、最適な発進用ギヤ段を選択する。

Description

ギヤ段切替装置、車両およびギヤ段切替方法
　本開示は、ギヤ段切替装置、車両およびギヤ段切替方法に関する。
　従来、発進の際に路面の勾配や車両の重量に応じて、変速比を切替可能な車両が知られている。例えば、特許文献１には、路面の摩擦係数に応じて主変速機および副変速機の何れかに切り替えて発進する車両が開示されている。
　また、互いに異なる変速比を有する複数のギヤ段を切り替えることで変速可能な変速機構を有するトラック等の車両においては、複数のギヤ段のうち、２以上のギヤ段が、発進用ギヤ段として設定されている。このような車両では、発進の際に路面の勾配および車両の重量に応じて、発進用ギヤ段の中から最適なギヤ段が選択され、選択されたギヤ段で発進するように制御される。
　また、各ギヤ段においては、それぞれの発進加速度が所望の加速度になるような勾配の範囲がそれぞれに設定されている。勾配の情報は、勾配センサ等の検出部からの情報に基づくが、当該情報が位置する勾配の範囲に対応するギヤ段が発進用ギヤ段として選択される。
日本国特開２０１４－２０２２４３号公報
　ところで、発進用ギヤ段には、発進のためのパワーや、発進加速度の関係上、比較的変速比が大きいギヤ段が設定される。しかしながら、車両の重量が比較的小さい場合、発進のためのパワーを過剰に必要としないので、発進用ギヤ段に設定されているギヤ段では最適な発進加速度で車両を発進させることができないおそれがあった。
　本開示の目的は、車両をより最適な発進加速度で発進させることが可能なギヤ段切替装置、車両およびギヤ段切替方法を提供することである。
　本開示に係るギヤ段切替装置は、
　複数のギヤ段で構成され、かつ、前記複数のギヤ段のうち２以上のギヤ段を発進用ギヤ段として設定する変速機構を有する車両のギヤ段切替装置であって、
　前記車両の重量、および、前記車両が停止する路面の勾配の情報に基づいて前記発進用ギヤ段の設定範囲から最適な発進用ギヤ段を選択するギヤ段選択部と、
　前記車両の重量が閾値重量より小さい場合、前記２以上のギヤ段による第１範囲から、前記第１範囲よりもギヤ段の数が多い第２範囲に前記発進用ギヤ段の設定範囲を切り替える切替部と、
　を備え、
　前記ギヤ段選択部は、前記切替部により前記設定範囲が切り替えられた場合、前記第２範囲の中から、最適な発進用ギヤ段を選択する。
　本開示に係る車両は、
　複数のギヤ段で構成され、かつ、前記複数のギヤ段のうち２以上のギヤ段を発進用ギヤ段として設定する変速機構と、
　路面の勾配の情報を検出する勾配検出部と、
　上記のギヤ段切替装置と、
　を備える。
　本開示に係るギヤ段切替方法は、
　複数のギヤ段で構成され、かつ、前記複数のギヤ段のうち２以上のギヤ段を発進用ギヤ段として設定する変速機構を有する車両のギヤ段切替方法であって、
　前記車両の重量が閾値重量より小さい場合、前記２以上のギヤ段による第１範囲から、前記第１範囲よりもギヤ段の数が多い第２範囲に前記発進用ギヤ段の設定範囲を切り替えるステップと、
　前記車両の重量、および、前記車両が停止する路面の勾配の情報に基づいて前記発進用ギヤ段の設定範囲から最適な発進用ギヤ段を選択するステップと、
　を有し、
　前記最適な発進用ギヤ段を選択するステップにおいて、前記設定範囲が切り替えられた場合、前記第２範囲の中から、最適な発進用ギヤ段を選択する。
　本開示によれば、車両をより最適な発進加速度で発進させることができる。
図１は、本開示の実施の形態に係るギヤ段切替装置が適用された車両を示す図である。 図２は、ギヤ段毎の最適勾配範囲を説明するための図である。 図３は、ギヤ段毎の最適勾配範囲を説明するための図である。 図４は、ギヤ段切替装置におけるギヤ段切替制御の動作例を示すフローチャートである。
　以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本開示の実施の形態に係るギヤ段切替装置１００が適用された車両１を示す図である。
　図１に示すように、車両１は、トラック等の大型車両である。車両１は、プロペラシャフト２と、ディファレンシャルギア３と、駆動輪４と、エンジン５と、トランスミッション６と、勾配検出部７と、ギヤ段切替装置１００とを有する。
　エンジン５は、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関である。エンジン５の動力は、図示しないクラッチを経由してトランスミッション６に伝達され、トランスミッション６に伝達された動力は、プロペラシャフト２およびディファレンシャルギア３を介して駆動輪４に伝達される。
　トランスミッション６は、例えばＡＭＴ（Automated Manual Transmission）であり、複数の変速段を構成している。言い換えると、トランスミッション６は、変速機構６Ａを有する。
　変速機構６Ａは、互いに変速比が異なる複数のギヤ段を有する。複数のギヤ段のうちの１つが選択されることで、車両１の速度が、選択されたギヤ段に対応する速度に設定される。また、変速機構６Ａは、複数のギヤ段のうち、２つ以上のギヤ段を、車両１の発進用ギヤ段として設定する。
　発進用ギヤ段は、車両１の発進時において、後述するギヤ段切替装置１００によって選択される。本実施の形態では、４つのギヤ段が発進用ギヤ段に設定される。具体的には、発進用ギヤ段である４つのギヤ段は、複数のギヤ段のうち、変速比が大きい順に選択される。具体的には、発進用ギヤ段である４つのギヤ段は、最も低速の第１ギヤ、２番目に低速の第２ギヤ、３番目に低速の第３ギヤおよび４番目に低速の第４ギヤを有する。
　なお、複数のギヤ段は、発進用ギヤ段よりも多い数のギヤ段を有しており、発進用ギヤ段の他、発進用ギヤ段よりも小さい変速比となるギヤ段を有する。
　勾配検出部７は、車両１が停止する路面の勾配情報を検出する公知の勾配センサである。
　ギヤ段切替装置１００は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）および入出力回路を備えている。ギヤ段切替装置１００は、予め設定されたプログラムに基づいて、変速機構６Ａにおけるギヤ段を切り替えるように構成されている。ギヤ段切替装置１００は、ギヤ段選択部１１０と、切替部１２０とを有する。
　ギヤ段選択部１１０は、車両１の重量、および、車両１が停止する路面の勾配の情報に基づいて発進用ギヤ段の設定範囲から最適な発進用ギヤ段を選択する。
　最適な発進用ギヤ段は、そのギヤ段に設定されたときにおける車両１の発進加速度が所望加速度となる、または、所望加速度に最も近くなるギヤ段である。所望加速度は、車両１における最もスムーズな発進を可能にする発進加速度であり、適宜設定可能である。発進加速度であるＡは、例えば、以下の式（１）によって算出することができる。
　Ａ＝Ｔ×Ｇ×α－μ－ｓｉｎθ・・・（１）
　Ｔは、発進トルクである。μは、転がり抵抗係数である。Ｇは、設定されたギヤ段の変速比である。αは、例えば、以下の式（２）によって算出可能な係数である。
　α＝ｆ／（ｒ×Ｗ）・・・（２）
　ｆは、ファイナル比である。ｒは、タイヤ動半径である。Ｗは、車両１の重量である。車両１の重量は、例えば、車両１に設けられる何らかの検出部からの情報に基づいて推定される重量としても良い。
　θは、水平面に対する、車両１が走行する路面の角度である。θは、式（１）との関係から、例えば以下の式（３）によって示すことができる。
　θ［ｒａｄ］＝ａｓｉｎ（Ｔα×Ｇ－μ－Ａ）・・・（３）
　また、車両１が走行する路面の勾配の情報は、θとの関係から、以下の式（４）によって算出可能である。
　勾配［％］＝ｔａｎ（ａｓｉｎ（Ｔα×Ｇ－μ－Ａ））×１００・・・（４）
　式（４）におけるＡに所望加速度を代入することにより、各ギヤ段における、所望加速度となるときの最適勾配を算出することが可能となる。
　また、勾配の情報は、勾配検出部７から取得される情報である。そのため、ギヤ段選択部１１０は、勾配検出部７から取得した勾配の情報に等しい、または、最も近い最適勾配に対応するギヤ段を発進用ギヤ段の設定範囲の中から選択する。
　また、発進用ギヤ段の設定範囲内の各ギヤ段には、最適勾配範囲が設定される。最適勾配範囲は、式（４）に基づいて、例えば、以下の式（５）によって算出される。
　最適勾配範囲［％］＝ｔａｎ（ａｓｉｎ（Ｔα×Ｇ１－μ－Ａ））×１００－ｔａｎ（ａｓｉｎ（Ｔα×Ｇ２－μ－Ａ））×１００・・・（５）
　Ｇ１は、所定のギヤ段の変速比であり、Ｇ２は、所定のギヤ段より１段変速比が低いギヤ段の変速比である。つまり、最適勾配範囲は、発進用ギヤ段に設定されるギヤ段において、所望加速度で車両１を発進可能とする第１勾配から、当該ギヤ段より１段低い変速比を有するギヤ段において、所望加速度で車両１を発進可能とする第２勾配までの範囲である。また、発進用ギヤ段の設定範囲の上限である、つまり、変速比が最も小さいギヤ段に設定される最適勾配範囲は、当該ギヤ段より１段低いギヤ段が発進用ギヤ段に含まれないため、第１勾配以下の全勾配とする。
　このようにギヤ段毎に最適勾配範囲を設定する。これにより、ギヤ段選択部１１０は、勾配検出部７より取得した勾配の情報が位置する最適勾配範囲に対応するギヤ段を、発進用ギヤ段に属するギヤ段の中から選択する。
　図２に示す例では、勾配検出部７からの勾配の情報であるＴ１が第３ギヤ段の最適勾配範囲内に位置するので、ギヤ段選択部１１０は、第３ギヤ段を発進用ギヤ段として設定する。
　各最適勾配範囲は、式（５）からそれぞれ算出されるが、ギヤ段毎に変速比が異なることから、代入される値が、それぞれ異なるので、ギヤ段毎に範囲が異なっている。図２に示す例では、第４ギヤ段が、発進用ギヤ段の設定範囲の上限であるギヤ段である。
　上記したように、本実施の形態に係る車両１は、発進用ギヤ段として第１ギヤ段、第２ギヤ段、第３ギヤ段および第４ギヤ段が設定されているが、発進のためのパワーや、発進加速度の関係上、比較的変速比が大きいギヤ段が発進用ギヤ段として設定される。
　ところで、発進加速度は、上記式（１）、（２）の通り、α、つまり、車両の重量によって変動する。そのため、αの値によっては、発進用ギヤ段として設定されているギヤ段よりも変速比が小さいギヤ段が最適なものとなる場合が起こり得る。例えば、車両１の重量が比較的小さい場合、発進のためのパワーを必要としないので、発進加速度が所望加速度に最も近いギヤ段である限り、発進用ギヤ段の設定範囲を大きくして、比較的変速比の小さいギヤ段を発進ギヤ段として選択しても良いと考えられる。
　しかし、勾配検出部７からの情報は、実際の勾配とは誤差を有する。そのため、発進用ギヤ段の設定範囲を大きくしてしまうと、例えば、勾配検出部７の誤差範囲がギヤ段の最適勾配範囲を超えるような場合、本来発進のためのパワーを要するギヤ段が選択される場合でも、パワーの小さいギヤ段が選択される可能性がある。
　例えば、図３に示すように、第４ギヤ段よりも変速比が小さい第５ギヤ段も発進用ギヤ段として選択可能であるとする。この場合において、例えば、車両１が停止している路面における実際の勾配が第３ギヤ段の最適勾配範囲であるＴ２であるとする。
　ここで、勾配検出部７の誤差範囲が、第３ギヤ段の最適勾配範囲や、第３ギヤ段の次のギヤ段である第４ギヤ段の最適勾配範囲を超えるような場合、本来選択されるべき第３ギヤ段ではないギヤ段が発進用ギヤ段として選択される。
　図３では、勾配検出部７の検出した勾配の情報が第５ギヤ段の最適勾配範囲であるＴ３であることを例示している。この場合、発進用ギヤ段の変速比が２段ずれることとなり、第５ギヤ段における発進加速度と、第３ギヤ段における所望加速度との乖離が大きくなる。
　このような場合、変速比が小さいギヤ段であると、発進のためのパワーが不足しているため、車両１の発進に影響を及ぼす可能性がある。
　最適勾配範囲は、式（２）および式（５）から、αの大きさ、つまり、車両１の重量によって変動する。具体的には、車両１の重量が小さくなるほど、αが大きくなるので、車両１の重量が小さくなるほど、最適勾配範囲が広くなる。
　そのため、発進用ギヤ段の設定範囲を大きくする場合、勾配検出部７の誤差範囲をカバーできる最適勾配範囲を確保することができれば、発進用ギヤ段のずれが２段以上となることを防止しつつ、より最適なギヤ段を選択できるものと考えられる。
　そこで、切替部１２０は、車両１の重量が閾値重量より小さい場合、第１ギヤ段、第２ギヤ段、第３ギヤ段および第４ギヤ段による第１範囲から、第１範囲よりもギヤ段の数が多い第２範囲に、発進用ギヤ段の設定範囲を切り替える。
　第２範囲に含まれるギヤ段は、第１範囲に含まれるギヤ段と、それ以外のギヤ段のうち、変速比が大きい順に選択されたギヤ段である。本実施の形態では、複数のギヤ段には、第１ギヤ段から第４ギヤ段の他、第４ギヤ段よりも変速比が小さい第５ギヤ段と、第５ギヤ段よりも変速比が小さい第６ギヤ段と、これらのギヤ段よりも変速比が小さいギヤ段が含まれている。そのため、第２範囲は、第１ギヤ段、第２ギヤ段、第３ギヤ段、第４ギヤ段、第５ギヤ段および第６ギヤ段を含む範囲となる。
　また、第２範囲に第１範囲から追加されるギヤ段は、最適勾配範囲が誤差範囲以上となるようなギヤ段である。すなわち、第２範囲に含まれる全てのギヤ段の最適勾配範囲は、車両１の重量が閾値重量より小さい場合、勾配の情報の誤差範囲以上である。
　閾値重量は、第１範囲および第２範囲に含まれるギヤ段のうち、最適勾配範囲が最も狭いギヤ段である第４ギヤ段に対応する最適勾配範囲が、勾配の誤差範囲より大きくなるような重量に設定される。具体的には、式（５）から、第４ギヤ段が最適勾配範囲となるαを算出する。そして、式（２）に基づく、以下の式（６）から車両の閾値重量が決定される。
　閾値重量＝ファイナル比／（タイヤ動半径×α）・・・（６）
　このようにすることで、車両重量が閾値重量より小さい場合、第２範囲内の発進用ギヤ段は、勾配検出部７の誤差範囲をカバーできる。そのため、実際の勾配における最適なギヤ段の最適勾配範囲から勾配検出部７の値がはみ出したとしても、少なくとも、当該ギヤ段の次のギヤ段とすることができるので、発進用ギヤ段のずれを１段以内とすることができる。
　また、ギヤ段選択部１１０は、第２範囲の中から、最適な発進用ギヤ段を選択する。例えば、ギヤ段選択部１１０は、勾配検出部７の勾配情報が第５ギヤ段または第６ギヤ段の最適勾配範囲内である場合、第５ギヤ段または第６ギヤ段を選択する。
　その結果、最適な発進加速度によるギヤ段が、発進用ギヤ段として選択されて、車両１における最適な発進を行うことができる。また、発進用ギヤ段として、変速比が小さいギヤ段が選択されることで、車両１が加速する際に、変速比が小さい側のギヤ段に移行しやすくなるので、車両１におけるスムーズな加速を実現することができる。
　また、第２範囲におけるギヤ段の数は、第１範囲のギヤ段から追加されるギヤ段における最適勾配範囲が、勾配検出部７の誤差範囲以上であり、かつ、そのギヤ段における発進加速度が、発進に適した速度である限り、何個でも良い。
　以上のように構成されたギヤ段切替装置１００におけるギヤ段切替制御の動作例について説明する。図４は、ギヤ段切替装置１００におけるギヤ段切替制御の動作例を示すフローチャートである。図４における処理は、例えば、車両１が停止した際に適宜実行される。なお、発進用ギヤ段の設定範囲は第１範囲に設定されているものとする。
　図４に示すように、ギヤ段切替装置１００は、車両１の重量が閾値重量より小さいか否かについて判定する（ステップＳ１０１）。判定の結果、車両１の重量が閾値重量以上である場合（ステップＳ１０１、ＮＯ）、処理はステップＳ１０３に遷移する。
　一方、車両１の重量が閾値重量より小さい場合（ステップＳ１０１、ＹＥＳ）、ギヤ段切替装置１００は、第２範囲に発進用ギヤ段の設定範囲を切り替える（ステップＳ１０２）。
　次に、ギヤ段切替装置１００は、勾配検出部７より勾配の情報を取得する（ステップＳ１０３）。ギヤ段切替装置１００は、勾配の情報に基づいて発進用ギヤ段の設定範囲の中から最適なギヤ段を選択する（ステップＳ１０４）。その後、本制御は終了する。
　なお、第２範囲に設定された発進用ギヤ段にて車両１が発進した場合、発進用ギヤ段の設定範囲は、第１範囲に戻るようにしても良い。
　以上のように構成された本実施の形態によれば、車両１の重量が閾値重量より小さい場合、発進用ギヤ段の設定範囲を第１範囲から第２範囲に切り替える。第２範囲に含まれるギヤ段の最適勾配範囲が勾配検出部７の誤差範囲以上となるので、発進用ギヤ段のずれが２段以上となることを防止することができる。すなわち、発進用ギヤ段のずれを１段以内とすることができるので、選択される発進用ギヤ段のずれを低減させることができる。
　また、車両１の重量が閾値重量より小さい場合、発進用ギヤ段の設定範囲を第１範囲から第２範囲に切り替えるので、ギヤ段の選択肢を増やすことができ、ひいてはより最適なギヤ段を発進用ギヤ段として選択することができる。その結果、車両１をより最適な発進加速度で発進させることができる。
　なお、上記実施の形態では、ギヤ段切替装置１００が車両１に設けられていたが、本開示はこれに限定されず、車両１の外部に設けられていても良い。この場合、ギヤ段切替装置１００は、車両１の勾配検出部７の情報および車両１の重量の情報を車両１から取得する。そして、これらの情報に基づいて、切替部１２０およびギヤ段選択部１１０が、それぞれの処理を行い、ギヤ段選択部１１０は、最適な発進用ギヤ段の選択結果を車両１に送信する。
　車両１は、当該選択結果を受信したら、その選択結果に基づくギヤ段を発進用ギヤ段として設定する。このようにしても、選択される発進用ギヤ段のずれを低減させることができる。
　また、上記実施の形態では、第１範囲のギヤ段として、第１ギヤ段、第２ギヤ段、第３ギヤ段および第４ギヤ段を例示したが、本開示はこれに限定されない。例えば、第１範囲のギヤ段が２つ以上のギヤ段であれば良いので、第１ギヤ段および第２ギヤ段でも良いし、第１ギヤ段、第２ギヤ段および第３ギヤ段でも良いし、５つ以上のギヤ段であっても良い。また、トランスミッション６は、ＡＭＴ以外のトランスミッション、例えばＤＣＴ（Dual Clutch Transmission）やＡＴ（Automatic Transmission）であってもよい。
　その他、上記実施の形態は、何れも本開示を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
　本出願は、２０１９年９月２６日付で出願された日本特許出願（特願２０１９－１７５４４６）に基づくものであり、その内容は、ここに参照として全て取り込まれる。
　本開示のギヤ段切替装置は、車両をより最適な発進加速度で発進させることが可能なギヤ段切替装置、車両およびギヤ段切替方法として有用である。
　１　車両
　２　プロペラシャフト
　３　ディファレンシャルギア
　４　駆動輪
　５　エンジン
　６　トランスミッション
　６Ａ　変速機構
　７　勾配検出部
　１００　ギヤ段切替装置
　１１０　ギヤ段選択部
　１２０　切替部

Claims (9)

  1. 　複数のギヤ段で構成され、かつ、前記複数のギヤ段のうち２以上のギヤ段を発進用ギヤ段として設定する変速機構を有する車両のギヤ段切替装置であって、
    　前記車両の重量、および、前記車両が停止する路面の勾配の情報に基づいて前記発進用ギヤ段の設定範囲から最適な発進用ギヤ段を選択するギヤ段選択部と、
    　前記車両の重量が閾値重量より小さい場合、前記２以上のギヤ段による第１範囲から、前記第１範囲よりもギヤ段の数が多い第２範囲に前記発進用ギヤ段の設定範囲を切り替える切替部と、
    　を備え、
    　前記ギヤ段選択部は、前記切替部により前記設定範囲が切り替えられた場合、前記第２範囲の中から、最適な発進用ギヤ段を選択する、
    　ギヤ段切替装置。
  2. 　前記発進用ギヤ段に属するギヤ段のそれぞれは、前記車両が所定の発進加速度で発進可能である最適勾配範囲が設定され、
    　前記ギヤ段選択部は、前記勾配の情報が位置する最適勾配範囲に対応するギヤ段を前記発進用ギヤ段に属するギヤ段の中から選択する、
    　請求項１に記載のギヤ段切替装置。
  3. 　前記第２範囲に含まれる全てのギヤ段の最適勾配範囲は、前記車両の重量が閾値重量より小さい場合、前記勾配の情報の誤差範囲以上である、
    　請求項２に記載のギヤ段切替装置。
  4. 　前記最適勾配範囲は、所定のギヤ段において、前記所定の発進加速度で前記車両を発進可能とする第１勾配から、当該ギヤ段より１段低い変速比を有するギヤ段において、前記所定の発進加速度で前記車両を発進可能とする第２勾配までの範囲である、
    　請求項２に記載のギヤ段切替装置。
  5. 　前記最適勾配範囲は、前記車両の重量に応じて変動する範囲であり、
    　前記閾値重量は、前記第１範囲および前記第２範囲に含まれるギヤ段のうち、前記最適勾配範囲が最も狭いギヤ段に対応する最適勾配範囲が、前記勾配の情報の誤差範囲以上となるような前記車両の重量に設定される、
    　請求項２に記載のギヤ段切替装置。
  6. 　前記第１範囲に含まれるギヤ段は、前記複数のギヤ段のうち、変速比が大きい順に選択され、
    　前記第２範囲に含まれるギヤ段は、前記第１範囲に含まれるギヤ段と、それ以外のギヤ段のうち、変速比が大きい順に選択されたギヤ段である、
    　請求項１に記載のギヤ段切替装置。
  7. 　前記ギヤ段選択部は、前記最適な発進用ギヤ段の選択結果を前記車両に送信する、
    　請求項１に記載のギヤ段切替装置。
  8. 　複数のギヤ段で構成され、かつ、前記複数のギヤ段のうち２以上のギヤ段を発進用ギヤ段として設定する変速機構と、
    　路面の勾配の情報を検出する勾配検出部と、
    　請求項１に記載のギヤ段切替装置と、
    　を備える車両。
  9. 　複数のギヤ段で構成され、かつ、前記複数のギヤ段のうち２以上のギヤ段を発進用ギヤ段として設定する変速機構を有する車両のギヤ段切替方法であって、
    　前記車両の重量が閾値重量より小さい場合、前記２以上のギヤ段による第１範囲から、前記第１範囲よりもギヤ段の数が多い第２範囲に前記発進用ギヤ段の設定範囲を切り替えるステップと、
    　前記車両の重量、および、前記車両が停止する路面の勾配の情報に基づいて前記発進用ギヤ段の設定範囲から最適な発進用ギヤ段を選択するステップと、
    　を有し、
    　前記最適な発進用ギヤ段を選択するステップにおいて、前記設定範囲が切り替えられた場合、前記第２範囲の中から、最適な発進用ギヤ段を選択する、
    　ギヤ段切替方法。
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