JP4776764B2 - 同期噛合式変速機の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両における同期噛合式変速機の制御装置、特にシフト操作に基づくシフトアクチュエータの駆動によりスリーブが作動される同期噛合式変速機において、シフトアクチュエータの作動を制御する制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリンエンジンや電気モータ等を駆動源とする自動車、バス等の車両は、道路の状態に応じた最適の走行状態を実現するために変速機を備える。変速機は、所望のトルクや速度を得るためにギヤーの組合せを変更、選択する。変速機には、変速の時期、変速段を変速機自体が選択するオートマッチクトランスミッション（ＡＴ）の他に、マニュアルトランスミッション（ＭＴ）がある。
【０００３】
ＭＴは、図７に示すように、ガソリンエンジン等により駆動力を入力されるカウンタシャフト（入力軸）５１と、該カウンタシャフト５１に固定された複数の複数のカウンタギヤー５２と、プロペラシャフト等を介して車輪に駆動力を出力するメインシャフト（出力軸）５３と、該メインシャフト５３上に遊転可能に取り付けられ上記カウンタギヤー５２と常時噛み合った複数の遊転ギヤー５４と、スリーブ５６を含むシンクロメッシュ機構部５５と、に大別される。
【０００４】
従来のＭＴでは、運転者のシフト操作に基づき所定の変速段が選択されていた。即ち、運転者がシフトレバーをシフト操作すると、ケーブル等を介して伝達されるシフト操作力によりフォーク軸が移動し、フォーク軸によりスリーブが移動され遊転ギヤーを出力軸と一体化する。
【０００５】
最近、基本的な構造をＭＴとしながら、運転者の操作負担を軽減させるために、図８に示すように、油圧モータや油圧シリンダ等から成るシフトアクチュエータ６５によりシフト操作を行う変速機が開発されている。このような変速機では、シフトレバー（不図示）はＥＣＵ６６に運転者の変速意思、時期を知らせるために操作され、ＥＣＵ６６がシフトアクチュエータ６５の作動時期、作動量を制御する。
【０００６】
シフトアクチュエータ６５が作動すると、その駆動部６５ａとフォーク軸６７との間に配設されたインナレバー、インタロックプレート及びシフトヘッド６８を介してフォーク軸６７が軸方向に移動する。そして、突起部６７ａと係合溝５６ａとの係合を介して、スリーブ５６がフォーク軸６７と一体的に移動する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記変速機において、同期時にシフトアクチュエータ６５によりインナレバー等６８を介してフォーク軸６７及びスリーブ５６を移動させる際、スリーブ５６に加える駆動力の大きさをどの程度にするかは重要な問題である。つまり、図７に示すシンクロメッシュ機構部５５において、スリーブ５６は、メインシャフト５１と一体的に回転するシンクロナイザハブ５７に対してスプライン嵌合されている。スリーブ５６に駆動力が加わると、シンクロナイザキー（以下「キー」と呼ぶ）５８がスリーブ５６とともに移動し、その端面でシンクロナイザリング５９（以下「リング」と呼ぶ）を遊転ギヤー６１のコーン部に押し付ける。これにより、遊転ギヤー６１の回転数は徐々にスリーブ５６の回転数に近づく。
【０００８】
スリーブ５６の更なる移動によりシンクロナイザキー５８との噛合が外れると、スリーブ５６が直接リング５９を押す。すると、リング５９と遊転ギヤー６１との間の摩擦により遊転ギヤー６１の回転数がスリーブ５６の回転数と同じになる、即ち同期する。これにより、リング５９は回転自在になり、スリーブ５６の移動を妨げなくなる。その結果、スリーブ５６はリング５９を通過して遊転ギヤー６１に完全に噛み合い、シフトが完了する。
【０００９】
ここで、フォーク軸６７からスリーブ５６に加わる駆動力が大きすぎると、リング５９及び／又は遊転ギヤー６１のコーン部の傾斜摩擦面が摩耗して、耐久性が低下することがある。反対に、上記駆動力が小さすぎると、同期に時間がかかるのみならず、同期が不確実になることがある。従って、シンクロ機構部５５の耐久性を維持し、同期時間を短くするためには、シフトアクチュエータ６５によりフォーク軸６７を介してスリーブ５６に加える駆動力の適正な制御が不可欠となる。
【００１０】
こうした点を考慮して、従来は、図８に示すようにスリーブ５６上に荷重センサ６３を配置してスリーブ５６に加わる駆動力を検知し、その検知結果をＥＣＵ６６に入力してシフトアクチュエータ６５の駆動力の大きさを制御していた。しかし、駆動力を検知するために荷重センサを配置するには時間と手間がかかり、その分製造コストが上昇する。
【００１１】
また、従来は、アクチュエータ６５への出力指示値（油圧モータの場合はコイルへの供給電流値等、油圧シリンダの場合は電磁弁への電流値等）を検知するとともに、油圧モータの回転部の回転数や油圧シリンダのピストンのストロークを検知していた。出力指示値が適正であっても、シフトアクチュエータの内部の抵抗、摩擦等に基づく損失により所望の作動出力が得られない場合があるからである。しかし、アクチュエータ６５への出力指示値の検知、及び回転数又はストロークの検知は面倒である。
【００１２】
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、シフトアクチュエータによりスリーブに加わる駆動力を、荷重センサ等で実際に検知しなくても推定することができる同期噛合式変速機の制御装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本願発明者は、スリーブと出力軸に遊転可能の取り付けられた遊転ギヤーとの同期と、カウンタギヤーが固設された入力軸の回転変化率（角速度、角加速度）との関係に注目した。つまり、スリーブに駆動力が加わる（スリーブ上に荷重が発生する）と、リングが遊転ギヤーのコーン部に押し付けられ、両者間の摩擦により遊転ギヤーの回転数はスリーブの回転数に徐々に近づく。換言すれば、図３に示すように、入力軸の角速度、角加速度が出力軸の角速度、角加速度に近づく。スリーブ上の荷重が小さくリングの遊転ギヤーへの押圧力が小さいと同期に時間がかかる。
【００１４】
これを考慮して、本願の第１発明では、カウンタギヤーを持ち駆動源からの入力により回転する入力軸と、カウンタギヤーと噛み合った遊転ギヤーを持ち車輪に出力を伝達する出力軸と、該出力軸に対して相対回転不能で軸方向に移動可能に取り付けられたスリーブを含み該スリーブと遊転ギヤーとの同期噛合により所定の変速段を選択するシンクロメッシュ機構と、シフト操作に基づきスリーブを駆動するシフトアクチュエータと、を備えた同期噛合式変速機において、
スリーブと遊転ギヤーとの同期噛合時における入力軸の回転変化率を検知する回転変化率検知手段と該回転変化率検知手段が検知した前記回転変化率に基づき前記スリーブの駆動力を推測し、前記シフトアクチュエータの作動を制御する制御手段と前記回転変化率から前記入力軸に加わる引きずり成分を差し引く第１補正手段と前記回転変化率から前記シンクロメッシュ機構部により選択された前記変速段の前記カウンタギヤーと前記遊転ギヤーとの噛み合いの摩擦力成分を差し引く第２補正手段とを設けた。これにより、スリーブ上の荷重を荷重センサ等で実測することなく、その大きさを正確に推定することができる。
【００１５】
また、本願発明者は、スリーブと遊転ギヤーとの同期と、シフトアクチュエータへの出力指示値及びこれに基づくシフトアクチュエータの作動出力との関係に注目した。上述したように、シフトアクチュエータに所定の出力指示値を入力しても、その内部での損失により所望の作動出力が得られるとは限らない。しかし、図４に示すように、出力指示値と作動出力との関係はシフトアクチュエータの特性に応じて設計又は実測により算定することができる。
【００１６】
これを考慮して、本願の第２発明では、シフトアクチュエータへの出力指示値を該シフトアクチュエータの特性に基づき変換指示値に変換する変換手段を設け、制御手段は変換指示値に基づきシフトアクチュエータの作動を制御する。これにより、回転部の回転数やピストンの移動ストロークを実測することなく、スリーブに発生する荷重の大きさを正確に推定することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
＜同期噛合式変速機、制御装置＞
本願の第１及び第２発明において、同期噛合式変速機は、カウンタギヤーが固設された入力軸と、遊転ギヤーが遊転可能に取り付けられた出力軸と、シンクロメッシュ機構部とから成る。
【００１８】
入力軸はクラッチシャフトのこともあるしカウンタシャフトのこともあり、クラッチシャフトには一つのカウンタギヤーが、カウンタシャフトには複数のカウンタギヤーが固設されている。出力軸はメインシャフトであり、カウンタギヤーと常時噛み合っている複数の遊転ギヤーが遊転可能に取り付けられている。シンクロメッシュ機構部は、出力軸に対して相対回転不能かつ軸方向に移動可能に取り付けられたスリーブやその両側に配置されたリング等を含む。
【００１９】
一方、制御装置は、シフトアクチュエータ、回転変化率検知手段、変換手段及び制御手段等を含む。シフトアクチュエータは油圧モータや油圧シリンダから成る。シフトアクチュエータとスリーブとの間にはインナレバー、インタロックプレート及びシフトヘッド等が配置される。
＜回転変化率検知手段＞
第１発明において、回転変化率検知手段は入力軸の回転変化率即ち角速度又は角加速度を検知する。入力軸の回転変化率は、車両の減速時は負であり、加速時は正である。入力軸の角速度等は、例えば入力軸に近接して配置された回転数検知センサにより検知され、時間で一階又は二階微分された後制御手段に出力される（制御手段内において時間で一階又は二階微分しても良い）。
＜変換手段＞
第２発明において、変換手段は、シフトアクチュエータへの出力指示値を、シフトアクチュエータの特性に基づき変換指示値に変換する。出力指示値とは、アクチュエータが油圧モータの場合はコイルの電流値又は電圧値であり、油圧シリンダの場合は圧力調整弁、流量調整弁等への電流値、電圧値である。これらは電流計又は電圧計により計測することができる。
【００２０】
シフトアクチュエータの特性は、シフトアクチュエータへの出力指示値とシフトアクチュエータからの実際の作動出力との関係を示す定数Ｃにより示される。この係数Ｃは実測又は設計値より求め、１より大きくなることも小さくなることもある。これにより、シフトアクチュエータの作動出力に対する信頼性が向上する。なお、変換指示値は制御手段に入力される。
＜制御手段＞
制御手段は上記回転数変化率検知手段（第１発明）又は変換手段（第２発明）からの指示に基づき、シフトアクチュエータの作動出力特性に基づき、その駆動力の大きさを制御する。具体的には、第１の発明において、回転変化率検知手段により検知された回転変化率が大きいときはシフトアクチュエータの作動出力を小さくし、回転変化率が小さいときは作動出力を大きくする。また、第２の発明において、制御手段は、変換手段より変換された変換指示値に基づき、指示出力値よりも大きな又は小さな指示値でシフトアクチュエータの作動を制御する。
（１）第１発明において、制御装置は、更に、入力軸の引きずりによる回転数変化率（角速度又は角加速度）を検知し、回転変化率検知手段により検知した角速度等を、該引きずりによる角速度等により補正する第１補正手段を含むことができる。入力軸の引きずりは、入力軸の回転時カウンタギヤーが変速機のケーシング内に貯えられた潤滑油を攪拌することにより生じ、シフトアクチュエータによる入力軸の角速度、角加速度を減ずる方向に作用する。従って、回転変化率検知手段で検知された角速度、角加速度から引きずりによる角速度、角加速度を差し引くことにより、入力軸の回転変化率をより正確に検知することができる。
【００２１】
なお、引きずりによる入力軸の角速度、角加速度は、例えば以下に示す方法により検知することができる。
【００２２】
第１に、引きずりよる角速度、角加速度は入力軸の回転数、又は入力軸と出力軸との相対回転数に依存して変化する事実を利用する。即ち、一般に回転数が低いときは引きずり角速度、角加速度は急激に上昇し、その後は緩やかに上昇する。従って、例えば、図５に示すように、引きずりによる角加速度等と回転数との関係を予めマップ化しておけば、回転数から該回転数に対応する角加速度等を容易に求めることができる。
【００２３】
第２に、シフトのニュートラル（中立）状態を利用する。シフトの中立状態とは、全てのスリーブが中立状態にあり、何れの変速段も選択されていない状態である。これは、何れかのシフトが選択された状態からシフト抜きされた状態、及びある変速段から別の変速段にシフトする途中の状態を含む。この中立状態ではシンクロメッシュ機構部における摩擦、抵抗等がないため、入力軸を回転させセンサを用いて引きずりによる角速度、角加速度を測定することにより、その大きさを正確に算定することができる。
【００２４】
また、制御装置は、回転数変化率検知手段により測定された角速度、角加速度を、各シンクロメッシュ機構部において発生する摩擦力等、設計的に求められる係数Ｂに基づき補正する第２補正手段を含む。摩擦力は、例えば、低速段側から高速段側に向かって漸増するように設定することができる。
【００２５】
（２）第２発明において、制御装置は、更に、上記変換指示値を、シフトアクチュエータからスリーブへの駆動力の伝達効率等設計的に求められる係数Ｄに基づき補正する第３補正手段を含むことができる。係数Ｄは、例えば減速比と、伝達効率と、レバー比とを乗じて求めることができ、１より大きくなることも小さくなることもある。ここで、「伝達効率」とは、シフトアクチュエータにおける入力に対するスリーブにおける出力の比であり、例えば入力１に対して伝達効率が０．８であれば出力は０．８になる。伝達効率は、シフトアクチュエータが油圧モータで駆動力伝達部がギヤーであれば軸受部やギヤーの歯面の摩擦によって決まり、シフトアクチュエータが油圧シリンダで駆動力伝達部が油圧回路であれば圧力損失によって決まる。
【００２６】
なお、実際にスリーブ上に荷重が発生するのは、スリーブの移動に起因してリングや遊転ギヤーからスリーブに軸方向の反力が加わる場合である。従って、補正された出力指示値からスリーブの駆動力を推定するにあたり、スリーブの移動ストロークがある範囲内にあること及び／又はスリーブの移動速度がある速度以下にあること等の条件を加えることができる。これにより、スリーブの荷重の推定に対する信頼性が更に向上する。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の実施例及び参考例を添付図面を基にして説明する。なお、＜第１実施例＞は請求項１に係る発明の実施例の１つであり、＜第１実施例＞と＜第１参考例＞とを組み合わせた発明が請求項２または３に係る発明の実施例の１つである。
＜第１実施例＞
本願の第１発明を実施する第１実施例につき図１を参照しつつ説明する。
【００２８】
図１に示すように、同期噛合式変速機は、カウンタギヤー５２が固設されたカウンタシャフト５１と、遊転ギヤー６１が遊転可能に取り付けられたメインシャフト５３と、スリーブ５６を含むシンクロメッシュ機構部とから成る。この同期噛合式変速機の制御装置は、油圧シリンダ１０と、駆動軸１２と、フォーク軸１５と、回転数検知センサ２０と、ＥＣＵ２５と、第１補正手段２２と、第２補正手段２３とを含む。
【００２９】
油圧シリンダ（シフトアクチュエータ）１０は直線移動する駆動軸１２を有する。駆動軸１２上には減速機１３が配置されている。フォーク軸１５は軸方向に移動可能に配置され、その突起はスリーブ１６の係合部に係合可能である。駆動軸とフォーク軸との間にインナレバー、インタロック及びシフトヘッド１８が配置され、駆動軸１２の直線移動をフォーク軸１５に伝達する。
【００３０】
回転数検知センサ２０はカウンタシャフト５１に近接して配置され、その回転数を検知する。カウンタシャフト５１の単位時間あたりの回転数を計算することにより、その回転変化率、即ち角速度又は角加速度を算出することができる。回転数検知センサ２０の検知結果は第１補正手段２２及び第２補正手段２３に入力される。第１補正手段２２は、図６に示すような回転数ーひきずり角加速度変換マップに基づき、カウンタシャフト５１の回転数からそれに対応するカウンタシャフト５１の引きずりによる角加速度を算定する。
【００３１】
引きずりによる角加速度は、回転数が少ないほど小さく、回転数の上昇につれて漸増している。また、角加速度は、潤滑油の温度が高い方が低く、温度が低い方が高くなっている。検知時点での潤滑油の温度に対応した曲線に沿って回転数を引きずり角加速度に換算すればよい。第１補正手段２２は、上記変換マップに基づき補正した角加速度を、回転数検知センサ２０により検知された角加速度から差し引き、補正した角加速度をＥＣＵ２５に入力する。
【００３２】
一方、第２補正手段２３は、回転数検知センサ２０により検知された角加速度を、ギヤーの諸元に基づき補正するものである。ここで、「ギヤーの諸元」とは、各シンクロメッシュ機構部のカウンタギヤー５２及び遊転ギヤー６１において発生する摩擦力を言う。この摩擦力は各変速段を構成するカウンタギヤーと遊転ギヤーとの組合せにより異なるため、予め各変速段毎にテーブルを用意しておく。摩擦力は、例えば第１速で最小、第５速で最大で、その間は漸増するように選定することができる。第２補正手段２３は、変速段に応じた角加速度を、回転数検知センサ２０により検知された角加速度から差し引き、補正した角加速度をＥＣＵ２５に入力する。
【００３３】
ＥＣＵ２５は、第１及び第２補正手段２２及び２３により補正された角加速度でシフトアクチュエータ１０の作動を制御する。具体的には、ＥＣＵ２５は回転変化率検知センサ２０により検知された回転変化率が大きいときはシフトアクチュエータ１０の作動出力を小さくし、回転変化率が小さいときは作動出力を大きくする。
【００３４】
第１実施例では、上述したように、カウンタシャフト５１の角加速度を、カウンタシャフト５１の角加速度等の検知に影響を及ぼす引きずりによる角加速度及びギヤーの諸元により補正し、該補正した角加速度によりシフトアクチュエータ１０の作動を制御している。従って、駆動軸１２の移動量が適正に制御され、同期時にスリーブ５６は適当な駆動力によりリング５９、遊転ギヤー６１に押圧される。
＜第１参考例＞
第１参考例につき図２を参照しつつ説明する。
【００３５】
第１参考例の同期噛合式変速機は、上記第１実施例のそれと同じであるので説明を省略する。制御装置は、油圧シリンダ１０と、駆動軸１２と、フォーク軸１５と、変換手段３０と、第３補正手段３２と、ＥＣＵ３５とを含む。
【００３６】
変換手段３０は、油圧シリンダ１０の電磁弁に入力される電流値、電圧値等の出力指示値を、油圧シリンダ１０の特性に応じた所定の係数Ｃに基づき、換算電流値、換算電圧値に換算し、換算電流値等を第３補正手段３２に入力する。
【００３７】
一方、第３補正手段３２は、上記変換電流値等を、シフトアクチュエータ１０からスリーブ５６への駆動力の伝達効率に基づき補正する。伝達効率は、油圧回路における圧力損失等によって決める。第３補正手段３２により補正され補正電流値等はＥＣＵ３５に入力される。ＥＣＵ３５はこの補正電流値等に基づきシフトアクチュエータ１０の作動を制御する。具体的には、ＥＣＵ３５は、変換手段３０より変換された変換指示値に基づき、指示出力値よりも大きな又は小さな指示値でシフトアクチュエータ１０の作動を制御する。
【００３８】
第１参考例では、油圧シリンダ１０への出力指示値を、該出力指示値とスリーブ５６の駆動力とが異なる要因、即ち油圧シリンダ１０内部での損失、及び油圧シリンダ１０からスリーブ５６間での駆動力の伝達効率により換算、補正し、該補正した指示値で油圧シリンダ１０の作動を制御している。従って、駆動軸１２の移動量が適正に制御され、同期時にスリーブ５６は適当な駆動力によりリング５９、遊転ギヤー６１に押圧される。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本願の第１発明では、入力軸の回転変化率に応じてシフトアクチュエータの作動を制御する。これにより、スリーブ上の荷重を荷重センサ等で実測することなく、その大きさを正確に推定することができる。
【００４０】
また、第２発明では、第１発明に加え、シフトアクチュエータへの出力指示値を換算した変換指示値によりシフトアクチュエータの作動を制御する。これにより、シフトアクチュエータの回転部の回転数やピストンの移動ストロークを実測することなく、スリーブに発生する荷重の大きさを正確に推定することができる。
【００４１】
従って、第１発明及び第２発明によれば、シンクロメッシュ機構部において摩耗を生ずることなく、しかも短時間で同期が達成できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願の第１発明の第１実施例による同期噛合式変速機を示す説明図である。
【図２】本願の第２発明の第１参考例による同期噛合式変速機を示す説明図である。
【図３】本発明における時間と入力軸の角加速度との関係を示すグラフである。
【図４】本発明におけるシフトアクチュエータへの出力指示値と作動出力との関係を示すグラフである。
【図５】本発明における入力軸の回転数と引きずりにより角加速度との関係を示すグラフである。
【図６】上記第１実施例における入力軸の回転数と引きずりにより角加速度との関係を示すグラフである。
【図７】公知のシンクロメッシュ機構部を示す正面図（一部断面図）である。
【図８】従来の制御装置の一例を示す説明である。
【符号の説明】
１０：油圧シリンダ １２：駆動軸
１５：フォーク軸 ２０：回転数検知センサ
２２：第１補正手段 ２３：第２補正手段
３０：変換手段 ３２：第３補正手段
２５，３５：ＥＣＵ ５１：カウンタシャフト
５２：カウンタギヤー ５３：メインシャフト
６１：遊転ギヤー

Claims (3)

1. カウンタギヤーを持ち駆動源からの入力により回転する入力軸と、前記カウンタギヤーと噛み合った遊転ギヤーを持ち車輪に出力を伝達する出力軸と、該出力軸に対して相対回転不能で軸方向に移動可能に取り付けられたスリーブを含み該スリーブと該遊転ギヤーとの同期噛合により所定の変速段を選択するシンクロメッシュ機構と、シフト操作に基づき該スリーブを駆動するシフトアクチュエータと、を備えた同期噛合式変速機において、
   前記スリーブと前記遊転ギヤーとの同期噛合時における前記入力軸の回転変化率を検知する回転変化率検知手段と、
   該回転変化率検知手段が検知した前記回転変化率に基づき前記スリーブの駆動力を推測し、前記シフトアクチュエータの作動を制御する制御手段と、
   前記回転変化率から前記入力軸に加わる引きずり成分を差し引く第１補正手段と、
   前記回転変化率から前記シンクロメッシュ機構部により選択された前記変速段の前記カウンタギヤーと前記遊転ギヤーとの噛み合いの摩擦力成分を差し引く第２補正手段と、
   を設けたことを特徴とする同期噛合式変速機の制御装置。
2. 更に、前記シフトアクチュエータへの出力指示値を該シフトアクチュエータの特性に基づき変換指示値に変換する変換手段を設け、
   前記制御手段は、該変換手段からの変換指示値に基づき前記シフトアクチュエータの作動を制御する請求項１に記載の同期噛合式変速機の制御装置。
3. 更に、前記変換指示値を、前記シフトアクチュエータから前記スリーブへの駆動力の伝達効率に基づき補正する第３補正手段を設けた請求項２に記載の同期噛合式変速機の制御装置。

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