JP4721243B2 - 電動変速機の変速制御方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ギアシフトを電動モータにより電気的に行なう電動変速機の変速制御方法および装置に係り、特に、シフト動作が正規に終了しなかった際に、これを検知して再びシフト動作を自動的に実行する電動式変速機の変速制御方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シフトアップまたはシフトダウン操作に応答してギアシフトを電気的に行なう電動式変速装置が、特開平５−３９８６５号公報に開示されている。さらに、シフト操作のみならず、クラッチの断続もモータで行なうようにした電動式変速装置が、本出願人による特開平１１−８２７０９号公報に開示されている。
【０００３】
上記した従来の電動式変速機では、電動モータを所望のシフト方向へ駆動すると、ラチェト機構を介してシフトドラムが間歇的に回動され、シフトドラムに係合されたシフトフォークが所定位置まで平行移動される。前記シフトフォークの先端にはスリーブが係合されており、前記シフトフォークの平行移動に連動してスリーブを平行移動させ、所望の変速段に応答したギアと歯合させることにより、エンジンの駆動力が所定の減速比で駆動輪へ伝達される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した電動変速機では、シフトドラムが正規の間歇角度まで回動され、シフトフォークにより移動されたスリーブとギアとが一時的に歯合されても、両者の回転差や歯合時の位相差によっては、一旦は歯合されたスリーブがギアから弾かれ、エンジンの駆動力が駆動輪へ伝達されなくなる、疑似的なニュートラル状態（以下、「ハーフニュートラル」と表現する場合もある）となる場合がある。
【０００５】
このような場合、変速時にシフト操作が要求される従来のセミオートの電動変速機であれば、ハーフニュートラル状態に気付いた運転者がシフト操作を繰り返すことにより、ハーフニュートラル状態から脱出することを必要とする。
【０００６】
これに対して、変速が車速やスロットル開度をパラメータとして自動的に行われるフルオートの電動変速機では、ハーフニュートラル状態に陥っても運転者の意思で変速動作を繰り返させることができないので、ハーフニュートラル状態から素早く脱出することができない。
【０００７】
本発明の目的は、上記した従来の技術課題を解決し、シフト動作が正常に終了せずにハーフニュートラル状態に陥った際、これを検知して再びシフト動作を自動的に実行するようにした電動変速機の変速制御方法および装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明は、電動モータを所望のシフト方向へ駆動し、シフトドラムを間歇的に回動させてギア段を変速する電動変速機の変速制御方法および装置において、以下のような手段を講じた点に特徴がある。
【０００９】
(1) シフトドラムの回転位置を監視し、シフトドラムが所望のギア段に対応した位置以外に滞留すると、前記電動モータを前記シフト方向へ再駆動することを特徴とする。
【００１０】
(2) シフトドラムの回転位置を検知する検知手段と、前記シフトドラムが正規の回転位置以外に滞留していると、前記電動モータを前記シフト方向へ再駆動する再シフト手段とを含むことを特徴とする。
【００１１】
上記した特徴によれば、シフトドラムがハーフニュートラルの位置にあるか否かが電気的に検知され、ハーフニュートラル位置にあれば、再シフトのための動作が自動的に行われる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の電動式変速装置が搭載される車両の操作部の平面図である。
【００１３】
当該車両は、ギアシフトが車速やスロットル開度に応じて自動的に行われる“オート”モード、および運転者のシフト操作に応答して行われる“セミオート”モードを備える。
【００１４】
操作部５０には、ギアのシフトモードを“オート”または“セミオート”に設定するためのモード設定スイッチ５７と、“セミオート”モードにおいて操作されるシフトアップスイッチ５１およびシフトダウンスイッチ５２とが設けられている。“セミオート”モードでは、前記各シフトスイッチ５１、５２を押下してオン操作するごとに、シフトポジションがそれぞれ１段づつ上下にシフトする。操作部５０には更に、前照灯の向きを切り換えるディマースイッチ５３と、前照灯の点灯／非点灯を切り換えるライティングスイッチ５４と、エンジンのスタートスイッチ５５およびストップスイッチ５６とが設けられている。
【００１５】
図２は、本発明の一実施形態である電動変速機の駆動系の主要部の構成を示した部分断面図である。
【００１６】
電気アクチュエータとしての駆動モータ１は、減速ギア機構２を介してシフトスピンドル３を正逆転方向へ回動させる。シフトスピンドル３の回転位置（角度）は、その一端に設けられたアングルセンサ２８によって検知される。シフトスピンドル３から垂直に伸びたクラッチアーム６の一端には、シフトスピンドル３の回転運動を直進運動に変換する変換機構８が設けられている。変換機構８は、駆動モータ１によってシフトスピンドル３がニュートラル位置から回動されると、その回動方向とは無関係に、変速クラッチ５の接続を回動過程で解除し、再びニュートラル位置まで逆向きに回動される過程で接続状態に戻す。クラッチアーム６および変換機構８は、シフトスピンドル３が予定角度（例えば、±６度）まで回動された時点で変速クラッチ５の接続が解除されるように構成されている。
【００１７】
シフトスピンドル３に固定されたマスターアーム７の一端は、シフトドラム軸１２に設けられたラチェット機構９と係合し、駆動モータ１によってシフトスピンドル３が回動されると、その回動方向に応じた方向へシフトドラム１０を回動させる。マスターアーム７およびラチェット機構９は、シフトスピンドル３がニュートラル位置からいずれかの方向へ回動されたときはシフトスピンドル３と係合してシフトドラム１０を回動し、ニュートラル位置へ戻る方向へ回動されたときは、係合状態を解除してシフトドラム１０を当該位置にとどめる。
【００１８】
図２８は、前記ラチェット機構９の主要部の構成をシフトドラム軸１２に垂直な面に沿って示した図であり、シフトドラム軸１２の端部には、端面が波状に凹凸加工されたカムプレート９０２が固定されている。カムプレート９０２の表面には、シフトドラム軸１２を囲むように、これと垂直に複数のシフトピン９０１が立設されている。
【００１９】
前記マスターアーム７の一端９０５には、引き爪９０５ａおよび押し爪９０５ｂが形成されており、マスターアーム７が前記シフトスピンドル３の正転に連動して前進すると、前記押し爪９０５ｂがシフトピン９０１と係合してカムプレート９０２を反時計回りに回動させ、これによりシフトドラム１０も反時計回りに回動される。これに対して、マスターアーム７がシフトスピンドル３の逆転に連動して後退すると、引き爪９０５ａがシフトピン９０１と係合してカムプレート９０２を時計回りに回動させ、これによりシフトドラム１０も時計回りに回動される。
【００２０】
前記カムプレート９０２の近傍では、ストッパアーム９０７が揺動軸９０４により揺動自在に軸支されており、その揺動端には、前記カムプレート９０２の凹部に係合してカムプレート９０２の回転を阻止するカムストッパ９０３が設けられている。前記ストッパアーム９０７は、スプリング９０８により前記揺動軸９０４を中心に図中時計回りに常時付勢されている。
【００２１】
前記シフトドラム軸１２には、その回転位置を検知するシフトドラムセンサ９０６が設けられている。シフトドラムセンサ９０６は、例えばロータリーエンコーダにより構成することができ、本実施形態では、図３０に示したように、カムプレート９０２の所定の凹部にカムストッパ９０３が係合した正規の変速位置（Ｎ，１，２，３，４）において、その変速段に応答した出力電圧を発生する。そして、図２９のように、カムストッパ９０３がカムプレート９０２の凸部に乗り上げているハーフニュートラル（ＨＦ）状態では、シフトドラム１０の回転位置にかかわらず、一定の低レベル電圧を出力する。
【００２２】
各シフトフォーク１１の先端は、図４に関して後述する各スリーブ３０の外周溝３１に係合し、シフトドラム１０の回動に応じて各シフトフォーク１１が軸方向に平行移動されると、シフトドラム１０の回転方向および回転角度に応じて、いずれかのスリーブがメーンシャフト４上で平行移動する。
【００２３】
図４は、前記スリーブ３０の斜視図であり、メーンシャフト（図示省略）に対して軸方向に摺動可能な状態で挿貫されている。スリーブ３０の外周側面には、前記シフトフォークの先端が係合される溝３１が円周方向に沿って形成されている。スリーブ３０の軸穴の外周部には、図５に関して後述するギア４０の凹側ダボ４２と係合する複数の凸側ダボ３２が、環状フランジ３３と共に一体的に形成されている。
【００２４】
図５は、前記ギア４０の斜視図であり、メーンシャフト（図示省略）上の所定位置に回転自在に軸支されている。ギア４０の軸穴の外周部には、前記スリーブ３０の凸側ダボ３２と係合する複数の凹側ダボ４２が、環状フランジ４３と一体的に形成されている。図３は、前記スリーブ３０およびギア４０が各ダボ３２、４２によって相互に係合した状態を示した概念図である。
【００２５】
一方、図９、１０は、それぞれ従来のスリーブ３８およびギア４８の斜視図であり、スリーブ３８では、複数の凸側ダボ３９が、ギアの軸穴と同軸状にそれぞれ独立して設けられている。しかしながら、各凸側ダボ３９を独立的に構成しようとすると、十分な強度を確保するためには各凸側ダボ３９の底面積を比較的大きくしなければならない。このため、従来技術では凸側ダボ３９およびギア４８のダボ穴４９の回転方向に関する幅の占める割合が大きくなり、凸側ダボ３９は、図示したように、４つ程度を設けていた。
【００２６】
図１２は、従来のスリーブ３８の凸側ダボ３９とギア４８のダボ穴４９との相対的な位置関係を模式的に表現した図であり、ダボ穴４９の回転方向の幅Ｄ２は凸側ダボ３９の幅Ｄ１の約２倍程度であった。このため、凸側ダボ３９がダボ穴４９内に係合（ダボイン）できない期間Ｔａが、ダボインできる期間Ｔｂに比べて長かった。
【００２７】
これに対して、本実施形態では各凸側ダボ３２が環状フランジ３３によって一体的に形成されているので、図１３に示したように、十分な強度を保ったまま凸側ダボ３２の回転方向の幅Ｄ３およびギア４０の凹側ダボ４２の幅Ｄ４を十分に短くすることができる。このため、凸側ダボ３２をダボ穴４６にダボインできない期間Ｔａを、ダボインできる期間Ｔｂに比べて短くすることができ、ダボインできる確率を向上させることが可能になる。
【００２８】
また、本実施形態では、ダボ穴４６の回転方向の幅Ｄ５と凸側ダボ３２の幅Ｄ３との差を狭くすることができるので、両者の係合後における遊びを小さくすることができ、変速ショックや変速ノイズの低減が可能になる。
【００２９】
さらに、本実施形態では、図６に示したように、凸側ダボ３２のテーパを凸状に湾曲させる一方で、図７に示したように、凹側ダボ４２のテーパを直線状にしたので、図８に示したように、各ダボ３２、４２を軸方向に線接触させることができる。このため、応力の集中を防止することができ、ダボ強度を実質的に向上させると共に、耐久性や耐摩耗性の向上が可能になる。
【００３０】
このような構成において、前記スリーブ３０がシフトフォーク１１によって予定位置まで平行移動され、スリーブ３０の凸側ダボ３２がギア４０のダボ穴４６にダボインすると、良く知られるように、メーンシャフト４に対して空転状態で支持されていたギアがスリーブによって当該メーンシャフト４に係合されて同期回転する。この結果、クラッチシャフトからカウンタシャフト（共に図示せず）に伝達された回転力が、当該ギアを介してメーンシャフト４に伝達される。
【００３１】
なお、図示は省略するが、本発明が制御対象とする電動式変速装置の搭載される車両のエンジンは４サイクルであり、クランクシャフトからメインシャフトへの動力伝達系には、クランク軸上の遠心クラッチおよびメインシャフト上のクラッチを介してエンジンの動力が伝達される。したがって、エンジン回転数が所定値以下の場合は、遠心クラッチがメインシャフト上のクラッチへの動力伝達をカットしている。したがって、車両停止中であればギアを何速へもシフトすることが可能になる。
【００３２】
図１４は、本発明の一実施形態である電動変速機の制御系の主要部の構成を示したブロック図であり、図１５は、図１４に示したＥＣＵ１００の構成例を示したブロック図である。
【００３３】
図１４において、ＥＣＵ１００のＭＯＴＯＲ（＋）端子およびＭＯＴＯＲ（−）端子には前記駆動モータ１が接続され、センサ信号端子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５には、それぞれ車速を検知する車速センサ２６、エンジン回転数を検知するＮe センサ２７、前記シフトスピンドル３の回転角度を検知する前記アングルセンサ２８、前記シフトドラム１０の回転位置を検知するシフトドラムセンサ９０６およびスロットル開度を検知するスロットルセンサ９０９が接続されている。変速指令端子Ｇ１，Ｇ２には、前記シフトアップスイッチ５１およびシフトダウンスイッチ５２が接続されている。
【００３４】
バッテリ２１は、メインヒューズ２２、メインスイッチ２３およびヒューズボックス２４を介してＥＣＵ１００のＭＡＩＮ端子に接続されると共に、フェールセーフ（Ｆ／Ｓ）リレー２５およびヒューズボックス２４を介してＶＢ端子にも接続されている。フェールセーフ（Ｆ／Ｓ）リレー２５の励磁コイル２５ａはＲＥＬＡＹ端子に接続されている。
【００３５】
ＥＣＵ１００内では、図１５に示したように、前記ＭＡＩＮ端子およびＲＥＬＡＹ端子が電源回路１０６に接続され、電源回路１０６はＣＰＵ１０１に接続されている。前記センサ信号端子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５は、インターフェース回路１０２を介してＣＰＵ１０１の入力端子に接続されている。前記変速指令端子Ｇ１，Ｇ２は、インターフェース回路１０３を介してＣＰＵ１０１の入力端子に接続されている。
【００３６】
スイッチング回路１０５は、それぞれ直列接続されたＦＥＴ▲１▼，ＦＥＴ▲２▼およびＦＥＴ▲３▼，ＦＥＴ▲４▼を相互に並列接続して構成され、並列接続の一端は前記ＶＢ端子に接続され、他端はＧＮＤ端子に接続されている。ＦＥＴ▲１▼，ＦＥＴ▲２▼の接続点はＭＯＴＯＲ（−）端子に接続され、ＦＥＴ▲３▼，ＦＥＴ▲４▼の接続点はＭＯＴＯＲ（＋）端子に接続されている。各ＦＥＴ▲１▼〜ＦＥＴ▲４▼は、ＣＰＵ１０１によってプリドライバ１０４を介して選択的にＰＷＭ制御される。ＣＰＵ１０１は、メモリ１０７に記憶された制御アルゴリズムに基づいて各ＦＥＴ▲１▼〜ＦＥＴ▲４▼を制御する。
【００３７】
次いで、本発明の電動変速機による変速制御方法を、図１６〜２２，２６のフローチャートおよび図２７の動作タイミングチャートを参照して説明する。
【００３８】
図１６は、自動変速制御のメインフローであり、ステップＳ１では、変速モードが“オート”または“セミオート”のいずれであるかが判定され、“オート”モードであれば、ステップＳ２において、現在の車速Ｖとスロットル開度θthとに基づいて目標変速段Ｇt が判定される。ステップＳ３では、現在の変速段Ｇ0と目標変速段Ｇt とが比較され、両者が一致していれば、変速が不要なのでステップＳ６へ進む。変速段Ｇ0 と目標変速段Ｇt とが一致していなければ、自動変速を行うべくステップＳ４へ進む。ステップＳ４では、Ｇ0 ＞Ｇt であれば、シフトダウンが必要と判定され、Ｇ0 ＜Ｇt であれば、シフトアップが必要と判定される。
【００３９】
一方、前記ステップＳ１において、“セミオート”と判定されると、ステップＳ７では、前記いずれかのシフトスイッチ５１，５２が操作されたか否かが判定され、操作されていればステップＳ５へ進む。ステップＳ５では、前記ステップＳ４における判定結果、あるいは前記ステップＳ７において、操作されたと判定されたシフトスイッチに基づいて“シフトアップ／ダウン制御”が実行される。
【００４０】
次いで、図１７のフローチャートを参照して、前記“シフトアップ／ダウン制御”について説明する。
【００４１】
ステップＳ１０では、再シフトフラグＦretry がリセットされる。この再シフトフラグＦretry は、後に詳述するように、自動変速が不完全なまま終了したときに、再びシフト動作を実行するためにセットされる。ステップＳ１１では、今回のシフト方向が判定され、シフトアップであればステップＳ１３へ進み、シフトダウンであれば、ステップＳ１２において、エンジン回転数Ｎe を変数Ｎe1として記憶した後にステップＳ１３へ進む。
【００４２】
ステップＳ１３では、シフト方向に応じて、ＥＣＵ１００内の前記スイッチング回路１０５を構成する各ＦＥＴが、図２７の時刻ｔ1 から選択的にＰＷＭ制御される。すなわち、シフトアップであれば、ＦＥＴ▲１▼、▲３▼を遮断したまま、ＦＥＴ▲２▼、▲４▼が１００％のデューティー比でＰＷＭ制御される。この結果、駆動モータ１はシフトアップ方向への回動を開始し、これに連動してシフトスピンドル３もシフトアップ方向への回動を開始する。
【００４３】
一方、シフトダウンであれば、ＦＥＴ▲２▼、▲４▼を遮断したまま、ＦＥＴ▲１▼、▲３▼が１００％のデューティー比でＰＷＭ制御される。この結果、駆動モータ１は、前記シフトアップ方向とは逆向きのシフトダウン方向へ回動を開始し、これに連動してシフトスピンドル３もシフトダウン方向への回動を開始する。
【００４４】
このように、デューティー比を１００％に設定すると、シフトスピードを速くすることができ、クラッチを素早く切り離すことができる。なお、本実施形態では、シフトスピンドルが５〜６度だけ回動するとクラッチが切れるように設計されている。
【００４５】
ステップＳ１４では、第１タイマ（図示せず）が計時を開始し、ステップＳ１５では、前記シフトスピンドル３の回動角度θ0 が前記アングルセンサ２８により検知される。ステップＳ１６では、検知された回動角度θ0 が第１基準角度θREF （本実施形態では、±１４度）を超えた（＋１４度以上または−１４度以下；以後、単に±××度以上と表現する）か否かが判定される。
【００４６】
ここで、回動角度θ0 が±１４度以上と判定されると、シフトフォーク１１によって平行移動されたスリーブが正規の挿嵌（ダボイン）位置まで達している可能性が高いのでステップＳ１７へ進む。これに対して、±１４度以上に達していないと、スリーブが正規の挿嵌位置まで達していないと判断できるので、後述する図１９のステップＳ３０へ進む。
【００４７】
スリーブが正規の挿嵌位置まで平行移動されことが、図７の時刻ｔ2 において、前記シフトスピンドルの回動角度θ0 が±１４度以上であることに基づいて検知されると、ステップＳ１７では、前記第１タイマがリセットされる。ステップＳ１８では、回動中の駆動モータ１に制動をかけるために、今回のシフト方向に応じて、前記スイッチング回路１０５の各ＦＥＴが選択的にＰＷＭ制御される。
【００４８】
すなわち、シフトアップ中であれば、ＦＥＴ▲２▼、▲３▼は遮断したまま、ＦＥＴ▲１▼、▲４▼が１００％のデューティー比でＰＷＭ制御される。一方、シフトダウン中であれば、ＦＥＴ▲１▼、▲３▼は遮断したまま、ＦＥＴ▲２▼、▲４▼が１００％のデューティー比でＰＷＭ制御される。この結果、駆動モータ１が短絡されて回転負荷となるので、シフトスピンドル３のシフトアップ方向またはシフトダウン方向への駆動トルクに制動作用が働き、シフトスピンドル３がストッパに当接する際の衝撃が弱まるので、強度的にもノイズ的にも有利になる。なお、ストッパに当接する際のシフトスピンドル３の回転角度は１８度である。
【００４９】
図１８のステップＳ１９では、制動時間を規定するための第２タイマが計時を開始する。ステップＳ２０では、第２タイマの計時時間が１５ｍｓを超えたか否かが判定される。第２タイマの計時時間が１５ｍｓ超えるまではステップＳ２１へ進み、後に詳述する“エンジン回転数（Ｎe ）制御”が実行される。ステップＳ２６では、後に詳述する”再シフト判定”が実行される。その後、時刻ｔ3 において計時時間が１５ｍｓを超え、これがステップＳ２０において検知されると、ステップＳ２２において前記第２タイマがリセットされる。
【００５０】
ステップＳ２３では、今回のシフト方向に応じて前記スイッチング回路１０５の各ＦＥＴが選択的にＰＷＭ制御される。すなわち、シフトアップ中であれば、ＦＥＴ▲１▼、▲３▼を遮断したまま、ＦＥＴ▲２▼、▲４▼が７０％のデューティー比でＰＷＭ制御される。一方、シフトダウン中であれば、ＦＥＴ▲２▼、▲４▼を遮断したまま、ＦＥＴ▲１▼、▲３▼が７０％のデューティー比でＰＷＭ制御される。この結果、スリーブがギア側へ、比較的弱いトルクで押し付けられるので、ダボインまでに各ダボに加わる負荷が軽減されるうえ、ダボイン状態を確実に保持できるようになる。
【００５１】
ステップＳ２４では第３タイマが計時を開始し、ステップＳ２５では、第３タイマの計時時間が７０ｍｓを超えたか否かが判定される。計時時間が７０ｍｓを超えていなければ、ステップＳ４６へ進んでＮe 制御が実行される。ステップＳ４７では、後に詳述する”再シフト判定”が実行される。その後、計時時間が７０ｍｓを超え、これがステップＳ２５において検知されると、ステップＳ２７において前記第３タイマがリセットされる。ステップＳ２８では、時刻ｔ4 において、後述するクラッチＯＮ制御が開始される。
【００５２】
なお、本実施形態における前記第３タイマのタイムアップ時間は、前記図１３に関して説明した、ダボインできない期間Ｔａに基づいて決定されている。すなわち、上記タイムアップ時間（７０ｍｓ）は、少なくとも期間Ｔａが経過する時間は押し付け制御が実行されるように設定されている。この間、凸側ダボと凹側ダボとが当接されることになるが、デューティー比が７０％まで減ぜられているので、各ダボに加わる負荷は小さく、強度的に有利になる。
【００５３】
また、第３タイマのタイムアップ時間は固定値に限らず、例えばギアが１〜３速の範囲であれば７０ｍｓでタイムアップし、４〜５速の範囲であれば９０ｍｓでタイムアップするといったように、ギア段の関数として可変的に設定されるようにしても良い。
【００５４】
一方、図１７の前記ステップＳ１６において、回転角度θ0 が第１基準値未満であると判定されると、当該処理は図１９のステップＳ３０へ進む。
【００５５】
ステップＳ３０では、前記第１タイマによる計時時間が２００ｍｓを超えたか否かが判定され、初めは超えていないと判定されるので、ステップＳ３１においてＮe 制御を実行し、さらに、ステップＳ３７において再シフト判定を実行した後に、図１７のステップＳ１６へ戻る。
【００５６】
その後、第１タイマの計時時間が２００ｍｓを超え、今回のシフトチェンジが失敗に終ったと判断されると、ステップＳ３２において第１タイマがリセットされる。ステップＳ３３では、後述する再突入カウンタのカウント値が参照され、リセット状態（＝０）であれば、再突入制御が未実行であると判断されてステップＳ３４へ進み、後述する再突入制御が初めて実行される。これは、シフトチェンジに時間がかかると運転者に違和感を抱かせる場合があるからである。
【００５７】
一方、再突入カウンタがセット状態（＝１）であれば、再突入制御を実行したにもかかわらずシフトチェンジが成功しなかったものと判定され、シフトチェンジを行なうことなくクラッチを接続するためにステップＳ３５へ進む。ステップＳ３５では再突入カウンタがリセットされ、ステップＳ３６では、後述するクラッチＯＮ制御が実行される。
【００５８】
次いで、図２０のフローチャートを参照して前記再突入制御の制御方法を説明する。再突入制御とは、シフトフォークによって軸方向へ平行移動されるスリーブが正規の嵌合位置まで移動できなかった場合に、移動トルクを一時的に減じた後で再び所定トルクを加えて再移動（突入）を試みる処理である。
【００５９】
ステップＳ４０では、ＰＷＭ制御下にあるＦＥＴ、すなわちシフトアップ中であればＦＥＴ▲２▼、▲４▼、シフトダウン中であればＦＥＴ▲１▼、▲３▼のデューティー比が２０％に減じられる。この結果、シフトフォーク１１によってスリーブに加えられる駆動トルクが弱まる。
【００６０】
ステップＳ４１では、第４タイマが計時を開始する。ステップＳ４２では、第４タイマの計時時間が２０ｍｓを超えたか否かが判定される。計時時間が２０ｍｓを超えていなければ、ステップＳ４３へ進んでＮe 制御が実行される。また、計時時間が２０ｍｓを超えると、ステップＳ４４において前記第４タイマがリセットされる。ステップＳ４５では、前記再突入カウンタがセットされる。その後、当該処理は図１７の前記ステップＳ１３へ戻り、駆動モータ１が再び１００％のデューティー比でＰＷＭ制御されるので、スリーブには当初の大きなトルクが加えられることになる。
【００６１】
本実施形態では、上記したようにシフトチェンジが正常に行われないと、スリーブの押しつけトルクを一時的に弱めた後、再び強いトルクで押し付けるようにしたので、スリーブの再突入が容易に行えるようになる。
【００６２】
次いで、前記Ｎe 制御およびクラッチＯＮ制御の動作を詳細に説明する前に、各制御の趣旨および概略動作を、図２３、２４を参照して説明する。
【００６３】
図２７に示したように、本実施形態では、時刻ｔ1 でシフトスピンドルの回動を開始すると、時刻ｔ11でクラッチの接続が解除され、時刻ｔ3 でシフトスピンドルの回動が完了する。その後、時刻ｔ4 まで押しつけ制御を実行した後、クラッチの接続制御へ移行する。
【００６４】
このとき、変速ショックを和らげるためにはクラッチを低速で接続する、換言すれば、シフトスピンドル３の回転速度を遅くする必要がある。一方、変速速度はシフトスピンドル３の回転速度に依存するため、素早い変速を実現するためには、シフトスピンドル３の回転速度を早くする必要がある。
【００６５】
そこで、本発明では上記した２つの条件を同時に満足すべく、図２７に示したように、時刻ｔ4 からｔ5 までの、クラッチ接続される角度範囲の近傍まではシフトスピンドル３を高速回転させ、時刻ｔ5 以降の、クラッチが接続状態へ至る角度範囲ではシフトスピンドル３を低速回転させることにした。このような２段リターン制御により、本実施形態では変速ショックの低減と変速時間の短縮とを両立している。
【００６６】
さらに、本実施形態では変速モードがセミオートモードであるときに、各ドライバのアクセル操作に応じて、クラッチの接続タイミングを最適なタイミングに制御するようにしている。
【００６７】
図２３、２４は、それぞれシフトアップおよびシフトダウン時に実行されるクラッチＯＮ制御およびＮe 制御によってシフトスピンドル位置θ0 およびエンジン回転数Ｎe が変化する様子を示した図である。
【００６８】
図２３に示したように、シフトアップ時は、アクセルを戻してシフトアップスイッチ５１をオン操作し、その後、変速動作が実行されてクラッチが再接続された後でアクセルを開けることが一般的であり、その際のエンジン回転数Ｎe は実線ａで示した通りに変化する。このとき、シフトスピンドルは実線Ａ，Ｂで示した通りに制御される。
【００６９】
しかしながら、ドライバによっては、アクセルを戻すことなくシフトアップスイッチ５１を操作したり、クラッチが再接続される前にアクセルを開ける場合も考えられ、このような場合、ドライバは速やかなシフトチェンジを望んでいるのでクラッチを素早く接続することが望ましい。
【００７０】
そこで、本実施形態では、エンジン回転数Ｎe が実線ｂのように変化した場合には、ドライバがアクセルを戻すことなくシフトアップスイッチ５１を操作したと判定し、また、エンジン回転数Ｎe が実線ｃのように変化した場合には、クラッチが接続されるタイミングよりも早くアクセルが開かれたと判定し、それぞれ、実線Ｃ，Ｄで示したように、クラッチを直ちに接続するクイックリターン制御を実行するようにした。
【００７１】
一方、図２４に示したように、シフトダウン時もアクセルを戻してシフトダウンスイッチ５２をオン操作し、その後、変速動作が実行されてクラッチが再接続された後でアクセルを開けることが一般的であり、その際のエンジン回転数Ｎe は実線ａで示した通りに変化する。このとき、シフトスピンドルは実線Ａ，Ｂで示した通りに２段制御される。
【００７２】
しかしながら、シフトダウン時にエンジンが空吹かしされる場合もあり、このような場合には、クラッチを素早く接続してもシフトショックが少ないので、素早くクラッチ接続することが望ましい。
【００７３】
そこで、本実施形態では、エンジン回転数Ｎe が実線ｂ，ｃのように変化した場合には、ドライバがエンジンを空吹かしさせたと判定し、それぞれ、実線Ｃ，Ｄで示したようなクイックリターン制御を実行するようにした。
【００７４】
次いで、上記した２段リターン制御およびクイックリターン制御を実現するＮe 制御およびクラッチＯＮ制御の動作を詳細に説明する。図２１は、前記ステップＳ２１、Ｓ４６、Ｓ３１、Ｓ４３で実行されるＮe 制御の制御方法を示したフローチャートである。
【００７５】
ステップＳ４９では、現在のシフトモードが参照され、オートモードであれば、当該Ｎe 制御が不要なので当該処理を直ちに終了し、セミオートモードであればステップＳ５０へ進む。ステップＳ５０では、今回のエンジン回転数Ｎe が計測される。
【００７６】
ステップＳ５１では、これまでに計測されたエンジン回転数Ｎe のピークホールド値Ｎepおよびボトムホールド値Ｎebが、前記今回のエンジン回転数Ｎe に基づいて更新される。ステップＳ５２では、シフトアップ中およびシフトダウン中のいずれであるかが判定され、シフトアップ中であればステップＳ５６へ進み、シフトダウン中であればステップＳ５３へ進む。
【００７７】
ステップＳ５６では、前記ステップＳ５０で検知された今回のエンジン回転数Ｎe と前記ステップＳ５１で更新されるボトムホールド値Ｎebとの差分（Ｎe −Ｎeb）が５０rpm 以上であるか否かが判定される。
【００７８】
当該判定は、シフトアップ時にアクセルが閉じられているか否かの判定であり、前記差分が５０rpm 以上であれば、ドライバがアクセルを戻すことなくシフトアップスイッチ５１を操作したか、あるいはクラッチが接続されるタイミングよりも早くアクセルが開かれたものと判定される。この場合は、クラッチを直ちに接続すべくステップＳ５５へ進み、クイックリターンフラグＦをセットした後に当該処理を終了する。また、差分が５０rpm 未満であれば、通常の制御を継続すべく、クイックリターンフラグＦをセットすることなく、当該エンジン回転数制御を終了する。
【００７９】
一方、前記ステップＳ５２においてシフトダウン中と判定されると、ステップＳ５３では、前記今回のエンジン回転数Ｎe と前記ステップＳ１２で記憶されたエンジン回転数Ｎe1との差（Ｎe −Ｎe1）が３００rpm 以上であるか否かが判定され、前記差分が３００rpm 以上であれば、さらにステップＳ５４において、前記ステップＳ５１で更新されるピークホールド値Ｎepと今回のエンジン回転数Ｎe との差（Ｎep−Ｎe ）が５０rpm 以上であるか否かが判定される。
【００８０】
当該判定は、シフトアップ時にドライバがエンジンを空吹かししたか否かの判定であり、前記ステップＳ５３、５４の判定がいずれの肯定であると、シフトアップ時にドライバが空吹かしをしたと判定されてステップＳ５５へ進み、前記クイックリターンクフラグＦをセットした後に当該処理を終了する。
【００８１】
図２２は、前記ステップＳ２８、Ｓ３６で実行されるクラッチＯＮ制御の制御方法を示したフローチャートである。
【００８２】
ステップＳ７０では、車速が略０であるか否かが判定される。本実施形態では、車速が３km/h以下であれば略０と判定してステップＳ８８へ進み、シフトスピンドル３の目標角度θT にニュートラル位置をセットした後にステップＳ７２へ進む。これは、車両が略停止した状態でのシフトであり、このような場合にはシフトショックが生じないことから、素早くシフトチェンジする方が望ましいためである。
【００８３】
また、前記ステップＳ７０において、車速が３km/h以上と判定されると、ステップＳ７１において、シフトスピンドル３の回動がストッパによって制限される角度（本実施形態では、±１８度）から６度だけ戻った第２基準角度（すなわち、±１２度）を目標角度θT にセットした後にステップＳ７２へ進む。
【００８４】
ステップＳ７２では、後述する再シフト制御が実行される。ステップＳ７３では、アングルセンサ２８によって現在のシフトスピンドル３の回転角度θ0 が検知される。ステップＳ７４では、前記Ｎe 制御が実行される。
【００８５】
ステップＳ７５では、比例積分微分（ＰＩＤ）制御用のＰＩＤ加算値が求められる。すなわち、前記ステップＳ７３で検知された現在の回転角度θ0 および目標角度θT の差分（θ0 −θT ）として表される比例（Ｐ）項、Ｐ項の積分値である積分（Ｉ）項およびＰ項の微分値である微分（Ｄ）項が、それぞれ求められて加算される。ステップＳ７６では、前記求められたＰＩＤ加算値に基づいて、ＰＷＭ制御のデューティー比が決定され、ステップＳ７７において、ＰＷＭ制御が実行される。
【００８６】
図２５は、前記ＰＩＤ加算値とデューティー比との関係を示した図であり、ＰＩＤ加算値の極性が正であれば、その値に応じて正のデューティー比が選択され、ＰＩＤ加算値の極性が負であれば、その値に応じて負のデューティー比が選択される。ここで、デューティー比の極性は、ＰＷＭ制御されるＦＥＴの組み合わせを示し、例えば５０％のデューティー比とは、ＦＥＴ▲２▼，ＦＥＴ▲４▼が５０％のデューティー比でＰＷＭ制御されることを意味し、−５０％とデューティー比とは、ＦＥＴ▲１▼，ＦＥＴ▲３▼が５０％のデューティー比でＰＷＭ制御されることを意味する。
【００８７】
ステップＳ７８では、第６タイマの計時時間が１００ｍｓを超えたか否かが判定され、最初は第６タイマが計時を開始していないのでステップＳ７９へ進む。ステップＳ７９では、第５タイマの計時が開始される。ステップＳ８０では、第５タイマの計時時間が１０ｍｓを超えたか否かが判定され、初めは超えていないのでステップＳ７２へ戻り、前記ステップＳ７２〜Ｓ８０の各処理が繰り返される。
【００８８】
その後、図２７の時刻ｔ5 において、第５タイマの計時時間が１０ｍｓを超えると、ステップＳ８１では第５タイマがリセットされ、ステップＳ８２では、クイックリターンクフラグＦがセット状態にあるか否かが判定される。ここで、クイックリターンクフラグＦがセット状態にあると、ステップＳ８３では、クイックリターン制御を実行すべく、現在の目標角度から２ないし４度だけ減じた角度が新たな目標角度として登録され、クイックリターンクフラグＦがセット状態ではないと、ステップＳ８４において、現在の目標角度から０．２度だけ減じた角度が新たな目標角度として登録される。
【００８９】
ステップＳ８５では、目標角度がニュートラル角度に近いか否かが判定され、目標角度がニュートラル角度に十分に近付くまで前記ステップＳ７２〜Ｓ８５の処理が繰り返される。その後、目標角度がニュートラル角度に十分に近付くと、ステップＳ８６では、目標角度としてニュートラル角度が登録され、ステップＳ８７では、第６タイマが計時を開始する。
【００９０】
一方、前記ステップＳ７８において、第６タイマの計時時間が１００ｍｓを超えたと判定されると、ステップＳ９０では、第６タイマがリセットされる。ステップＳ９１では、クイックリターンクフラグＦがリセットされ、ステップＳ９２では、スイッチング回路１０５のＰＷＭ制御が終了される。
【００９１】
次いで、図２６のフローチャートを参照して、前記再シフト判定処理について説明する。本実施形態の再シフト判定とは、シフト動作が正常に終了しているか否かに基づいて、シフト動作をやり直す必要が有るか否かを判定する処理であり、本実施形態では、シフトドラムの回転角度に基づいて、シフト動作が正常に終了しているか否かを判定する。
【００９２】
ステップＳ９３では、前記図２８〜図３０に関して説明したシフトドラムセンサ９０６の出力信号に基づいて、シフトドラム１０の回転位置がハーフニュートラル位置か否かが判定される。ここで、図２９に示したように、ストッパ９０３がカムプレート９０２の凸部に乗り上げているハーフニュートラル状態と判定されると、ステップＳ９５では、シフトドラム１０がハーフニュートラル状態で滞留している時間を計測すべくタイマＴhalfがインクリメントされる。ステップＳ９６では、タイマＴhalfと基準値Ｔref とが比較され、最初はタイマＴhalfが基準値Ｔref よりも小さいので、そのまま当該処理を終了する。
【００９３】
その後、シフトドラム１０がハーフニュートラル状態から脱すると、ステップＳ９４においてタイマＴhalfがリセットされるが、シフトドラム１０がそのままハーフニュートラル状態に滞留し、ステップＳ９６において、タイマＴhalfが基準値Ｔref を超えると、ハーフニュートラル状態と判定されてステップＳ９７へ進む。ステップＳ９７では、再シフトフラグＦretry がセットされる。
【００９４】
図１６に戻り、以上のようにして、ステップＳ５の“シフトアップ／ダウン制御”が終了すると、ステップＳ６では再シフトフラグＦretry が参照され、再シフトフラグＦretry が、前記ステップＳ９７においてセットされていれば、再シフトを実行すべくステップＳ３へ戻り、前記ステップＳ３〜Ｓ６の処理を繰り返す。
【００９５】
このように、本実施形態によれば、シフトドラム１０の回転位置に基づいてハーフニュートラル状態であるか否かが判定され、ハーフニュートラル状態と判定されれば再シフト動作が自動的に実行されるので、ギアシフトが車速やスロットル開度に基づいて自動的に行われるフルオートの電動変速機においても、ハーフニュートラル状態からの素早い脱出が可能になる。
【００９６】
なお、高速走行時または高エンジン回転時にギアがニュートラル状態からシフトされると、比較的大きなエンジンブレーキが作用してエンジンに過大な負荷が加わる。そこで、本実施形態では車速が１０ｋｍ／ｈ以上またはエンジン回転数が３０００ｒｐｍ以上であると、シフトアップスイッチ５１がオン操作されても前記図１７の制御を阻止する変速禁止システムが設けられている。
【００９７】
図１１は、前記変速禁止システムの機能ブロック図である。ニュートラル検知部８１は、ギアがニュートラル位置にあると“Ｈ”レベルの信号を出力する。車速判定部８２は、車速が１０ｋｍ／ｈ以上であると“Ｈ”レベルの信号を出力する。エンジン回転数判定部８３は、エンジン回転数が３０００ｒｐｍ以上であると“Ｈ”レベルの信号を出力する。
【００９８】
ＯＲ回路８４は、車速判定部８２またはエンジン回転数判定部８３の出力が“Ｈ”レベルであると“Ｈ”レベルの信号を出力し、ＡＮＤ回路８５は、ＯＲ回路８４の出力およびニュートラル検知部８１の出力が“Ｈ”レベルであると“Ｈ”レベルの信号を出力する。変速禁止部８６は、ＡＮＤ回路８５の出力が“Ｈ”レベルであると、シフトアップスイッチ５１がオン操作されても前記図１７の制御を阻止する。
【００９９】
但し、１速からの加速中で、車速が１０ｋｍ／ｈ以上あるいはエンジン回転数が３０００ｒｐｍ以上で誤ってニュートラルへシフトしてしまった場合は再加速に時間がかかってしまうので、上記した変速禁止システムを付加するのであれば、車速走行中（例えば、車速が３ｋｍ／ｈ以上）の場合にはニュートラルへのシフトを禁止するシステムを更に付加しても良い。
【０１００】
なお、上記した実施形態では、シフトドラムセンサ９０６がシフトドラム１０の回転位置（ギア段）に対応した電圧を不連続に発生するものとして説明したが、図３１に示したように、センサ自身はシフトドラム１０の回転位置に応じて連続した電圧を出力し、その後段にコンパレータ等を設けて、ギア段に応じた不連続の電圧を発生させるようにしても良い。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明によれば、シフトドラムの回転位置に基づいてハーフニュートラル状態であるか否かが判定され、ハーフニュートラル状態と判定されれば再シフト動作が自動的に実行される。したがって、ギアシフトが車速やスロットル開度に基づいて自動的に行われるフルオートの電動変速機においては、ハーフニュートラル状態からの素早い脱出が可能になり、セミオートの電動変速機においては、シフト操作の繰り返しが不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の電動式変速装置が搭載される車両の操作部の平面図である。
【図２】 本発明の一実施形態である電動式変速装置の駆動系の主要部の構成を示した部分断面図である。
【図３】 スリーブとギアとが係合した状態の概念図である。
【図４】 本発明のスリーブの斜視図である。
【図５】 本発明のギアの斜視図である。
【図６】 スリーブの凸側ダボ３２の部分拡大図である。
【図７】 ギアの凹側ダボ４２の部分拡大図である。
【図８】 凸側ダボ３２と凹側ダボ４２との係合状態を示した図である。
【図９】 従来のスリーブの斜視図である。
【図１０】 従来のギアの斜視図である。
【図１１】 変速禁止システムの機能ブロック図である。
【図１２】 従来のスリーブとギアとの係合タイミングを模式的に示した図である。
【図１３】 本発明のスリーブとギアとの係合タイミングを模式的に示した図である。
【図１４】 本発明の一実施形態である電動式変速装置の制御系の主要部の構成を示したブロック図である。
【図１５】 図１４に示したＥＣＵ１００の構成例を示したブロック図である。
【図１６】 本発明の一実施形態のメインフローである。
【図１７】 本発明の一実施形態のフローチャート（その１）である。
【図１８】 本発明の一実施形態のフローチャート（その２）である。
【図１９】 本発明の一実施形態のフローチャート（その３）である。
【図２０】 本発明の一実施形態のフローチャート（その４）である。
【図２１】 本発明の一実施形態のフローチャート（その５）である。
【図２２】 本発明の一実施形態のフローチャート（その６）である。
【図２３】 シフトスピンドルおよびエンジン回転数の動作タイミングチャート（シフトアップ時）である。
【図２４】 シフトスピンドルおよびエンジン回転数の動作タイミングチャート（シフトダウン時）である。
【図２５】 ＰＩＤ加算値とデューティー比との関係を示した図である。
【図２６】 再シフトの判定方法を示したフローチャートである。
【図２７】 本発明によるシフトスピンドルの動作タイミングチャートである。
【図２８】 ラチェット機構の主要部の構成を示した図である。
【図２９】 ハーフニュートラル状態を示した図である。
【図３０】 シフトドラムの回転位置とシフトドラムセンサの出力との関係を示した図である。
【図３１】 シフトドラムセンサの他の構成例を示した図である。
【符号の説明】
１…駆動モータ，２…減速ギア機構，３…シフトスピンドル，５…変速クラッチ，９…ラチェット機構，１０…シフトドラム，１１…シフトフォーク，１２…シフトドラム軸，２８…アングルセンサ，３０…スリーブ，４０…ギア，５１…シフトアップスイッチ，５２…シフトダウンスイッチ，９０２…カムプレート，９０６…シフトドラムセンサ

Claims (2)

1. 電動モータをPWM制御により所望のシフト方向へ駆動し、シフトドラムを間歇的に回動させて変速する電動変速機の変速制御方法において、
   前記シフトドラムの回転位置を監視し、シフトドラムが所望のギア段に対応した回転位置以外に滞留すると、前記電動モータが、その駆動トルクを強弱させながらも発生させ続けて前記シフト方向へ再駆動されるように、前記PWM制御のデューティー比を増減させることを特徴とする電動変速機の変速制御方法。
2. 電動モータをPWM制御により所望のシフト方向へ駆動し、シフトドラムを間歇的に回動させてギア段を変速する電動変速機の変速制御装置において、
   前記シフトドラムの回転位置を検知する検知手段と、
   前記シフトドラムが正規の回転位置以外に滞留していると、前記電動モータを前記シフト方向へ再駆動させる再シフト手段とを含み、
   前記再シフト手段は、前記電動モータが、その駆動トルクを強弱させながらも発生させ続けて前記シフト方向へ再駆動されるように、前記PWM制御のデューティー比を増減させることを特徴とする電動変速機の変速制御装置。

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