JP4197820B2 - 副変速機を備えた変速機の変速制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、副変速機を備えた変速機の変速制御装置に関するものである。
【０００２】
【関連する背景技術】
近年、乗用車のみならずバスやトラック等においても自動変速機が適用されており、この種の大型車両では伝達トルク容量の関係等からトルクコンバータを備えた自動変速機に代えて、例えば実開平３−２９７６０号公報に記載のもののように、手動式の変速機をベースとして、変速段の切換操作及びクラッチ操作をアクチュエータで行うようにした自動変速機が搭載されている。
【０００３】
又、このような自動変速機は、車重の大きい大型車両の走行性能を確保するために比較的多くの変速段を有しており、本来の変速機である主変速部に対して動力伝達上直列に副変速機としてレンジ部を設け、このレンジ部により主変速部の出力を高低２段に変速して、実質的な変速段を倍増させている。運転者は車速やアクセル操作量に基づく自動変速と、チェンジレバー操作に応じた手動変速とを任意に選択できるが、何れのモードでも、次段（目標変速段）に応じて主変速部の切換、及び必要に応じてレンジ部の切換が実行され、例えばシフトアップ時において次段を達成するためにレンジ部も切換える必要がある場合には、まず、クラッチを遮断して主変速部をギア抜きし、次いで、レンジ部をローからハイに切換え、その後に主変速部を次段に入れて、エンジン回転速度を次段に対応する回転速度に調整した後にクラッチを接続している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記したシフトアップ時において、主変速部内のクラッチディスク側（被同期側）はクラッチが遮断されると慣性で回転を継続し、その後のギア入れに伴ってシンクロ機構の作用で次段に対応する、より低回転のメインシャフト側（同期側）に同期される。
【０００５】
このときのクラッチディスク側はギア入れまでに次第に回転低下してメインシャフト側の回転速度に接近することから、通常であればシンクロ機構の負荷は小さい。しかしながら、変速機の油温が低いとき等には、高粘度のミッションオイルがクラッチディスク側に大きな回転抵抗として作用し、しかも、上記のようにレンジ部の切換を伴う変速時には、その分だけギア入れのタイミングが遅れることから、結果としてクラッチディスク側の回転速度がメインシャフト側の回転速度を越えて大きく落ち込んでしまう。よって、クラッチディスク側をメインシャフト側の回転速度まで引き上げるためにシンクロ機構の負荷が増大し、同期が遅延したり、同期不能に陥ったりするという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、シフトアップ時にクラッチディスク側の回転速度の落ち込みを防止してシンクロ機構の負荷を軽減し、もって、迅速且つ確実な変速を実現することができる副変速機を備えた変速機の変速制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明では、エンジンの動力を変速して車両の駆動系に伝達する変速機と、変速機を構成し、複数の変速段をシンクロ機構の作動によって切換える主変速機部と、変速機を構成し、主変速機部と動力伝達上直列に配設されると共に高低の変速段よりなる副変速機部と、変速機とエンジンとの動力を断接するクラッチと、変速機の変速が必要なときに変速指令を発する変速指令手段と、変速指令手段の変速指令に基づきクラッチを断接制御するクラッチ制御手段と、変速指令手段のシフトアップ指令による目標変速段が副変速機部の変速を伴う場合、シフトアップ変速中にクラッチ回転速度が目標変速段相当回転速度以下となったとき、主変速機部をニュートラルに保持したままクラッチ制御手段に接信号を出力し、その後クラッチ回転速度が目標変速段相当回転速度以上となったときクラッチ制御手段に断信号を出力して、主変速機部の変速を再開する一方、シフトアップ変速中にクラッチ回転速度が目標変速段相当回転速度を超えていたとき、クラッチ制御手段に接信号を出力せずに主変速機部の変速を行う変速制御手段とを備えた。
【０００８】
従って、変速指令手段からの指令による目標変速段に基づいて副変速機部の変速を伴うシフトアップが行われ、変速中にクラッチ回転速度が目標変速段相当回転速度以下となったときには、主変速機部をニュートラルに保持したまま、変速制御手段からのクラッチ接信号に基づいてクラッチが接続される。その結果、エンジンの回転によりクラッチ回転速度が上昇し、その後にクラッチ回転速度が目標変速段相当回転速度以上となると、クラッチが遮断されて主変速機部の変速が再開される。そして、このようにクラッチ回転速度を上昇させた上で、主変速機部のシンクロ機構により同期が行われるため、シンクロ機構の負荷が軽減される。
【０００９】
又、請求項２の発明では、エンジンの回転速度を制御するエンジン制御手段を更に備え、変速制御手段を、クラッチ接信号出力と共にエンジン制御手段にエンジン回転速度が目標変速段相当回転速度となるように指示信号を出力するように構成したものである。従って、クラッチが接続されると、目標変速段相当回転速度に調整されたエンジン回転速度によりクラッチ回転速度が迅速に上昇されるため、シンクロ機構の負荷が一層軽減される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を大型トラックに搭載された副変速機を備えた変速機の変速制御装置に具体化した一実施形態を説明する。
図１は実施形態の副変速機を備えた変速機の変速制御装置を示す全体構成図であり、この図に示すように、変速機１はディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）２に結合されて、エンジン２からの回転を変速して図示しないプロペラシャフトを介して駆動輪側に伝達するようになっている。
【００１１】
図２は変速機の詳細を示す断面図であり、この図に示すように、変速機１のケーシング３内にはインプットシャフト４とメインシャフト５が同軸上で個別に回転可能に支持され、インプットシャフト４はクラッチ６を介してエンジン２に連結されて、クラッチ６の接続時にエンジン２から回転を入力される。
インプットシャフト４にはニードルベアリング１１ａを介して第１のスプリッタギア１１が外嵌され、メインシャフト５にはテーパローラベアリング１２ａを介して第２のスプリッタギア１２が外嵌されている。これらの第１及び第２のスプリッタギア１１，１２は、メインシャフト５と平行に支持されたカウンタシャフト１３上の第３及び第４のスプリッタギア１４，１５にそれぞれ噛合しており、第１及び第２のスプリッタギア１１，１２間に設けられたシンクロ機構１６の切換により、インプットシャフト４が第１のスプリッタギア１１に結合されたときには、第１及び第３のスプリッタギア１１，１４のギア比をもってカウンタシャフト１３に回転が伝達され、インプットシャフト４が第２のスプリッタギア１２に結合されたときには、第２及び第４のスプリッタギア１２，１５のギア比をもってカウンタシャフト１３に回転が伝達される。従って、以上のように構成されたスプリッタ部Ｍ１により高低２段の変速が行われる。
【００１２】
又、メインシャフト５上及びカウンタシャフト１３上には相互に噛合する複数組の変速ギア１７，１８（リバースを含む）が配設され、メインシャフト５側のギア１７に併設されたシンクロ機構１９により各変速ギア１７が選択的にメインシャフト５に結合され、その結合した組のギア比をもってカウンタシャフト１３の回転がメインシャフト５に伝達される。そして、以上のように構成された主変速機部としての主変速部Ｍ２により、前進については４段の変速が行われる。
【００１３】
更に、ケーシング３内のメインシャフト５の後方にはアウトプットシャフト２０が同軸上に支持され、このアウトプットシャフト２０の後端は前記プロペラシャフトに連結されている。アウトプットシャフト２０の前部に形成されたフランジ２０ａには複数のプラネタリギア２１（１つのみを図示）が支軸２１ａで支持され、これらのプラネタリギア２１は、外周側に配設されたリングギア２２に噛合すると共に、メインシャフト５の外周に形成されたサンギア５ａに噛合している。アウトプットシャフト２０にはベアリング２３を介して回転リング２４が外嵌され、この回転リング２４の前部外周はリングギア２２の内周に噛合し、リングギア２２は常に回転リング２４と一体で回転する。
【００１４】
回転リング２４の後部外周にはシンクロ機構２５がスプライン結合され、実線で示すように、シンクロ機構２５が前方に作動したときには、回転リング２４がケーシング３内の一側３ａに結合されてリングギア２２の回転を規制することから、サンギア５ａの回転に伴ってプラネタリギア２１がリングギア２２の内周を転動しながら、メインシャフト５の回転を減速してアウトプットシャフト２０に伝達する。又、一点鎖線で示すように、シンクロ機構２５が後方に作動したときには、回転リング２４がアウトプットシャフト２０上にスプライン結合された規制リング２６に結合されて、リングギア２２に対するプラネタリギア２１の転動が規制されることから、メインシャフト５の回転がそのまま等速でアウトプットシャフト２０に伝達される。従って、以上のように構成された副変速機部としてのレンジ部Ｍ３により高低２段の変速が行われる。
【００１５】
そして、本実施形態では、主変速部Ｍ２において達成される前進４段の変速段に対してスプリッタ部Ｍ１の高低２段の変速が組み合わされることで、変速段は計８段に細分化され、更に、その計８段の変速段に対してレンジ部Ｍ３の高低２段の変速が組み合わされることで、元の８段の変速段の低速側に別の８段の変速段が設けられて、結果として計１６段の変速段が達成される。
【００１６】
従って、例えば１速−２速間の切換のように隣接する変速の際には、スプリッタ部Ｍ１の変速を伴って主変速部Ｍ２を変速し、１速−３速間の切換のように１段飛び越した変速の際には、スプリッタ部Ｍ１の変速を伴わずに主変速部Ｍ２を単独で変速する。又、８速−９速間、或いは８速−１０速間のように、低速側と高速側を跨ぐ変速の際には、上記した何れかの操作（スプリッタ部Ｍ１の切換を伴う変速と伴わない変速）に加えて、レンジ部Ｍ３の変速を実行する。
【００１７】
一方、図１に示すように、変速機１にはギアシフトユニット３１が設けられ、ギアシフトユニット３１はエアタンク３２と接続されている。図示はしないが、ギアシフトユニット３１は内蔵された多数の切換弁の切換に応じて、エアタンク３２からの圧縮エアにより前記主変速部Ｍ２の各シンクロ機構１９を選択的に作動させ、その変速段を切換える。又、エアタンク３２は一対の切換弁３３を介してスプリッタ用シリンダ３４と接続され、スプリッタ用シリンダ３４は切換弁３３の切換に応じてシフトフォーク３４ａを介して前記スプリッタ部Ｍ１のシンクロ機構１６（図２に示す）を作動させて、その変速段を切換える。同様に、エアタンク３２は一対の切換弁３５を介してレンジ用シリンダ３６と接続され、レンジ用シリンダ３６は切換弁３５の切換に応じてシフトフォーク３６ａを介して前記レンジ部Ｍ３のシンクロ機構２５を作動させて、その変速段を切換える。更に、エアタンク３２は切換弁３７を介してクラッチブースタ３８と接続され、クラッチブースタ３８は切換弁３７の切換に応じてクラッチ６を断接操作する。
【００１８】
一方、車室内にはエンジン制御手段としてのエンジンコントロールユニット（以下、エンジンＥＣＵという）４１が設置され、エンジンＥＣＵ４１の入力側には、運転者によるアクセル操作量を検出するアクセルセンサ４２、エンジン回転速度Ｎeを検出するエンジン回転速度センサ４３、車速を検出する車速センサ４４が接続され、出力側にはエンジン２に設けられた電子ガバナ４５が接続されている。エンジンＥＣＵ４１は各センサから入力される検出信号に基づいて、電子ガバナ４５による燃料噴射量や図示しないタイマによる噴射時期を制御してエンジン２を運転する。
【００１９】
又、エンジンＥＣＵ４１には、変速指令手段、クラッチ制御手段、変速制御手段としての変速機コントロールユニット（以下、変速機ＥＣＵという）４６が相互に通信可能に接続され、この変速機ＥＣＵ４６の入力側には、前記ギアシフトユニット３１、スプリッタ部Ｍ１の変速位置を検出するスプリッタセンサ４７、レンジ部Ｍ３の変速位置を検出するレンジセンサ４８、インプットシャフト４と共に回転するクラッチディスクの回転速度（以下、クラッチ回転速度という）Ｎc1を検出するクラッチ回転速度センサ４９、前記クラッチブースタ３８の操作ストロークを検出するクラッチストロークセンサ５０、及び運転者にて操作されるチェンジレバーユニット５１が接続されている。又、変速機ＥＣＵ４６の出力側には前記ギアシフトユニット３１、スプリッタ部Ｍ１の切換弁３３、レンジ部Ｍ３の切換弁３５、クラッチ６の切換弁３７が接続されている。
【００２０】
前記チェンジレバーユニット５１は、ＤレンジやＭレンジ等のモードの切換、更にＭレンジでは変速段の選択を指示可能に構成されており、変速機ＥＣＵ４６はチェンジレバーユニット５１の切換状態に応じて変速機１の変速操作及びクラッチ６の断接操作を実施する。即ち、チェンジレバーユニット５１がＤレンジに切換えられているときには自動変速を実施して、車速やアクセル操作量からマップに従って目標変速段を決定し、又、チェンジレバーユニット５１がＭレンジに切換えられているときには手動変速を実施して、運転者からチェンジレバーユニット６１により指示された変速段を目標変速段と見なす。そして、ギアシフトユニット３１、スプリッタセンサ４７、レンジセンサ４８からの情報に基づいて、各切換弁３３，３５，３７によりスプリッタ部Ｍ１、主変速部Ｍ２、レンジ部Ｍ３の変速操作を実行すると共に、これと並行してクラッチストロークセンサ５０からの情報に基づいてクラッチ６の断接操作を実行し、前記した目標変速段を達成する。
【００２１】
そして、本実施形態の変速機ＥＣＵ４６は、上記したＤレンジとＭレンジの何れのモードでもレンジ部Ｍ３の切換を伴ってシフトアップを実行するときには、所謂ダブルクラッチを実行して主変速部Ｍ２のシンクロ機構１９の負荷の軽減を図っている。上記のようにレンジ部Ｍ３の切換を伴う変速には、同時にスプリッタ部Ｍ１を切換える場合（例えば８速−１０速間）と、スプリッタ部Ｍ１を切換えない場合（例えば８速−９速間）とがあるが、ここではスプリッタ部Ｍ１の切換を伴わない場合を例に挙げて、このときの変速制御の詳細を説明する。
【００２２】
図３及び図４は変速機ＥＣＵが実行する変速制御ルーチンを示すフローチャートである。まず、変速機ＥＣＵ４６はステップＳ２で現在のギア段と次段（目標変速段）との関係から変速がシフトアップか否かを判定し、ステップＳ４でレンジ部Ｍ３の切換を伴う変速か否かを判定する。ステップＳ２又はステップＳ４の何れかのステップＳでＮＯ（否定）の判定を下したときには、ステップＳ６でクラッチ６を遮断し、ステップＳ８で主変速部Ｍ２のギア抜きを実行し、ステップＳ１０でギアシフトユニット３１からの情報に基づいてギア抜きが完了したか否かを判定する。ギア抜き完了により判定がＹＥＳ（肯定）になると、ステップＳ１２で次段にギア入れし、ステップＳ１４でギア入れが完了したか否かを判定する。ギア入れ完了により判定がＹＥＳになると、ステップＳ１６でエンジンＥＣＵ４１に指令を出力してエンジン回転速度Ｎeを次段に対応するクラッチ回転速度Ｎc2に調整させ、続くステップＳ１８でクラッチ６を接続して、ルーチンを終了する。
【００２３】
一方、前記ステップＳ２及びステップＳ４の判定が共にＹＥＳのとき、即ち、レンジ部Ｍ３の切換を伴うシフトアップのときには、ステップＳ２０に移行してクラッチ６を遮断し、ステップＳ２２で主変速部Ｍ２のギア抜きを実行し、ステップＳ２４でギア抜きが完了したか否かを判定する。ギア抜き完了により判定がＹＥＳになると、ステップＳ２６でレンジ部Ｍ３をローからハイに切換えて、ステップＳ２８でそのレンジ部Ｍ３の切換が完了したか否かを判定する．切換完了により判定がＹＥＳになると、ステップＳ３０でクラッチ回転速度センサ４９にて検出されたクラッチ回転速度Ｎc1が次段に対応するクラッチ回転速度Ｎc2から所定値Ａを減算した値未満か否かを判定する。判定がＮＯ、つまりクラッチ回転速度Ｎc1がそれほど低下していないときには、前記ステップＳ１２に移行して次段にギア入れし、ステップＳ１４及びステップＳ１６を経てステップＳ１８でクラッチ６を接続する。
【００２４】
又、前記ステップＳ３０で判定がＹＥＳ、つまりクラッチ回転速度Ｎc1が大きく低下しているときには、ステップＳ３２に移行してクラッチ６を接続し、ステップＳ３４で次段に対応するクラッチ回転速度Ｎc2に所定値Ｂを加算した値までエンジン回転速度Ｎeを上昇させるように、エンジンＥＣＵ４１に指令を出力する。続くステップＳ３６でクラッチ回転速度Ｎc1が次段に対応するクラッチ回転速度Ｎc2から所定値Ｃを減算した値未満か否かを判定する。
【００２５】
当初のクラッチ回転速度Ｎc1はクラッチ回転速度Ｎc2から所定値Ｃを減算した値未満であることから、ステップＳ３６の判定はＹＥＳとなるが、ステップＳ３４での指令に基づいてエンジン回転速度Ｎeと共にクラッチ回転速度Ｎc1は上昇を続けるため、程無くステップＳ３６でＮＯの判定を下してステップＳ３８でクラッチ６を遮断する。その後は上記と同様に、ステップＳ１２で次段にギア入れし、ステップＳ１４及びステップＳ１６を経てステップＳ１８でクラッチ６を接続する。
【００２６】
上記のようにレンジ部Ｍ３の切換を伴ってシフトアップする場合には、主変速部Ｍ２の変速途中にレンジ部Ｍ３の切換操作（ステップＳ２６）が加わるため、その分だけ主変速部Ｍ２のギア入れ（ステップＳ１２）のタイミングが遅れ、その間に慣性回転中のクラッチディスクが回転低下し、特に低油温時にはクラッチディスク側にミッションオイルが大きな回転抵抗として作用するため、クラッチ回転速度Ｎc1が次段に対応する回転速度Ｎc2を越えて大きく落ち込むことがある。上記のように本実施形態の変速制御装置では、このような場合に一旦クラッチ６を接続して、エンジン回転速度Ｎeと共にクラッチ回転速度Ｎc1をクラッチ回転速度Ｎc2付近まで上昇させた上で、次段へのギア入れを実行する。よって、クラッチディスク側（被同期側）をメインシャフト５側（同期側）に同期させる際のシンクロ機構１９の負荷を大幅に軽減でき、もって、同期の遅延や同期不能の事態を未然に防止して、迅速且つ確実な変速を実現することができる。
【００２７】
又、このようにエンジンＥＣＵ４１側に指令を出力して積極的にエンジン回転速度Ｎeを上昇させるため、これと共にクラッチ回転速度Ｎc1が速やかに回転上昇されて、シンクロ機構１９の負荷をより一層軽減することができる。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、大型トラックに搭載された変速機１用の変速制御装置に具体化したが、副変速機を備えた変速機を搭載しているものであれば車種は限定されず、例えば乗用車に搭載された変速機用の変速制御装置に具体化してもよい。
【００２８】
又、上記実施形態の変速機１は、変速機構として主変速部Ｍ２及びレンジ部Ｍ３に加えてスプリッタ部Ｍ１を備えたが、スプリッタ部Ｍ１は必ずしも装備する必要はなく、主変速部Ｍ２とレンジ部Ｍ３のみを備えた変速機に具体化してもよい。
更に、上記実施形態では、クラッチ接続時に積極的にエンジン回転速度Ｎeを上昇させたが、このエンジン制御は必ずしも実行する必要はない。シフトアップ時のエンジン回転速度Ｎeは急激に低下せず、一方、シフトアップの場合は次段に対応するクラッチ回転速度Ｎc2がより低い値であることから、エンジン２を制御せずにクラッチ６を接続するだけでも、クラッチ回転速度Ｎc1は上昇して次段に対応するクラッチ回転速度Ｎc2に接近することになる。特に本実施形態のような大型トラックでは、低回転域を常用する関係でシフトアップ時の次段に対応するクラッチ回転速度Ｎc2はかなり低く、且つ、エンジン特性の点で回転落ちが遅くてクラッチ接続の時点でアイドル回転まで落ちていない場合が多いことから、クラッチ接続によりクラッチ回転速度Ｎc1を上昇させてシンクロ負荷の軽減を図ることが十分に可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明の副変速機を備えた変速機の変速制御装置によれば、副変速機部の変速を伴うシフトアップ時に、クラッチ回転速度が目標変速段相当回転速度以下となったときに、クラッチ接続によりクラッチ回転速度を目標変速段相当回転速度以上まで上昇させた上で、クラッチを遮断して主変速機部を変速するため、主変速機部のシンクロ機構の負荷を軽減して、同期の遅延や同期不能の事態を未然に防止し、もって、迅速且つ確実な変速を実現することができる。
【００３０】
又、請求項２の発明の副変速機を備えた変速機の変速制御装置によれば、エンジン回転速度を積極的に上昇させるようにしたため、これと共にクラッチ回転速度が速やかに回転上昇されて、シンクロの負荷をより一層軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の副変速機を備えた変速機の変速制御装置を示す全体構成図である。
【図２】変速機の詳細を示す断面図である。
【図３】変速機ＥＣＵが実行する変速制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】変速機ＥＣＵが実行する変速制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 変速機
２ エンジン
６ クラッチ
４１ エンジンＥＣＵ（エンジン制御手段）
４６ 変速機ＥＣＵ（変速指令手段、クラッチ制御手段、変速制御手段）
Ｍ２ 主変速部（主変速機部）
Ｍ３ レンジ部（副変速機部）
Ｎe エンジン回転速度
Ｎc1 クラッチ回転速度

Claims (2)

1. エンジンの動力を変速して車両の駆動系に伝達する変速機と、
   上記変速機を構成し、複数の変速段をシンクロ機構の作動によって切換える主変速機部と、
   上記変速機を構成し、上記主変速機部と動力伝達上直列に配設されると共に高低の変速段よりなる副変速機部と、
   上記変速機と上記エンジンとの動力を断接するクラッチと、
   上記変速機の変速が必要なときに変速指令を発する変速指令手段と、
   上記変速指令手段の変速指令に基づき上記クラッチを断接制御するクラッチ制御手段と、
   上記変速指令手段のシフトアップ指令による目標変速段が上記副変速機部の変速を伴う場合、同シフトアップ変速中にクラッチ回転速度が上記目標変速段相当回転速度以下となったとき、上記主変速機部をニュートラルに保持したまま上記クラッチ制御手段に接信号を出力し、その後クラッチ回転速度が上記目標変速段相当回転速度以上となったとき上記クラッチ制御手段に断信号を出力して、上記主変速機部の変速を再開する一方、同シフトアップ変速中にクラッチ回転速度が上記目標変速段相当回転速度を超えていたとき、上記クラッチ制御手段に接信号を出力せずに上記主変速機部の変速を行う変速制御手段と
   を備えたことを特徴とする副変速機を備えた変速機の変速制御装置。
2. 上記エンジンの回転速度を制御するエンジン制御手段を更に備え、
   上記変速制御手段は、
   上記クラッチ接信号出力と共に上記エンジン制御手段にエンジン回転速度が上記目標変速段相当回転速度となるように指示信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の副変速機を備えた変速機の変速制御装置。

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