JP2010281423A - 同期噛合式変速機の変速装置及びその変速方法 - Google Patents

Abstract

【課題】同期噛合式変速機の変速装置の変速時間を短縮する。
【解決手段】変速機コントロールユニットが、変速指令があったときに、変速すべき目標変速段のシンクロメッシュ機構を作動させて変速動作を行うと共に、目標変速段以外の少なくとも１つの他の変速段のシンクロメッシュ機構を作動させて、他の変速段のコーン面にシンクロナイザリングを押圧させるように、アクチュエータの駆動を制御する（Ｓ２）。この押圧は、カウンタシャフトの回転速度Ｎcと、目標変速段への変速完了時におけるカウンタシャフトの予測回転速度Ｎpcとの差分の絶対値が所定値以下になるまで継続される（Ｓ３〜Ｓ５）。所定値以下となったとき、他の変速段のコーン面に対するシンクロナイザリングの押圧を解除するように、アクチュエータの駆動を制御する（Ｓ６）。
【選択図】図３

Description

本発明は、同期噛合式変速機を変速する変速装置及びその変速方法に関する。

車両用変速装置（以下、変速装置）として、電子制御されるアクチュエータで同期噛合式変速機（以下、変速機）のシンクロメッシュ機構を作動させることで、走行状態に応じた目標変速段、又は、運転者の指示に応じた変速段に変速させるものが実用化されている。一般に、変速機の変速時間は、シンクロ容量に比例することが知られている。

変速時間を短縮させるために、特開２００４−３１６８３４号公報に記載されるように同期エネルギーが大である１速や２速などの低速段のシンクロメッシュ機構をダブルコーン化又はトリプルコーン化させた変速装置が提案されている。

特開２００４−３１６８３４号公報

しかしながら、シンクロメッシュ機構のダブルコーン化又はトリプルコーン化は、変速装置の構造を複雑化し、大型化させることになると共に、製品コストの上昇を招くという問題があった。

そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、目標変速段のシンクロメッシュ機構に加え、他の変速段のシンクロメッシュ機構を作動させて同期を促進することで、変速時間を短縮させた変速装置及び変速方法を提供することを目的とする。

このため、本発明は、変速指令があったときに、変速すべき目標変速段のシンクロメッシュ機構を作動させて変速動作を行うと共に、変速指令があったときから所定時間が経過するまで、目標変速段以外の少なくとも１つの他の変速段のシンクロメッシュ機構を作動させて、他の変速段のコーン面にシンクロナイザリングを押圧させるように、アクチュエータの駆動を制御することを特徴とする。

本発明によれば、目標変速段の変速動作とは別に、他の変速段に対しシンクロメッシュ機構を作動させて同期を促進させることにより、十分なシンクロ容量を確保することができるので、変速装置の構造を複雑化及び大型化、ひいては製品コストを上昇させることなく、変速時間を短縮させることが可能となる。

本発明を具現化した変速装置の全体構成図 変速機の内部構造図 変速制御プログラムの内容を示すフローチャート

以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、本発明を具現化した変速装置１０の全体構成を示す。

エンジン１２の出力軸には摩擦クラッチ１４を介して、変速機１６が取り付けられる。なお、変速機１６の出力軸は、例えば、後輪駆動車の場合、図示しないプロペラシャフト及びディファレンシャルギヤを介して駆動輪に連結される。変速装置１０は、シンクロメッシュ機構１８、メインシャフト回転信号センサ２０、カウンタシャフト回転信号センサ２２、ギヤシフトユニット２４、シフトタワー２６及び変速機コントロールユニット２８を含んで構成される。

ここで、図２を参照して、変速機１６の内部構造について説明する。
エンジン出力が入力されるインプットシャフト３０の先端部には、メインドライブギヤ（４速ギヤ）Ｚm４が固定される。また、インプットシャフト３０と同軸に配置される変速機１６の出力軸たるメインシャフト３２には、その他の変速段を構成する３速ギヤＺm３、２速ギヤＺm２、１速ギヤＺm１、リバースギヤＺmＲ及び５速ギヤＺm５が、それぞれ遊転自由に嵌合される。さらに、メインシャフト３２の回転速度を算出するために用いられる回転信号を検出するため、ギヤＺmがメインシャフト３２の所定の位置に固定される。

一方、インプットシャフト３０及びメインシャフト３２と平行に配置されたカウンタシャフト３４には、メインドライブギヤＺm４、３速ギヤＺm３、２速ギヤＺm２、１速ギヤＺm１及び５速ギヤＺm５と常時噛合う、カウンタドライブギヤＺc４、カウンタ３速ギヤＺc３、カウンタ２速ギヤＺc２、カウンタ１速ギヤＺc１及びカウンタ５速ギヤＺc５がそれぞれ固定される。また、カウンタシャフト３４には、リバースアイドラギヤＺmＲ１を介して、リバースギヤＺmＲと常時噛合うカウンタリバースギヤＺcＲが固定される。

シンクロメッシュ機構１８は、変速機１６のメインシャフト３２に固定されるシンクロナイザハブ１８Ａと、シンクロナイザハブ１８Ａの外周にスプライン結合され、メインシャフト３２の軸方向に移動可能なシンクロナイザスリーブ１８Ｂと、シンクロナイザスリーブ１８Ｂの移動に伴って被同期側のギヤのコーン面に押圧されるシンクロナイザリング（図示せず）と、を含んで構成される。

シンクロナイザハブ１８Ａは、メインドライブギヤＺm４と３速ギヤＺm３との間であって、メインシャフト３２のエンジン１２側の端部に固定されると共に、２速ギヤＺm２及び１速ギヤＺm１、並びに、リバースギヤＺmＲ及び５速ギヤＺm５の間のメインシャフト３２にも、それぞれ、固定される。

シンクロナイザスリーブ１８Ｂを変速すべき目標変速段の被同期ギヤの方向に移動させることで、シンクロナイザリングを被同期ギヤのコーンの摩擦面に押圧させる。この押圧の摩擦力によりシンクロナイザハブ１８Ａ外周のギヤと目標変速段の被同期ギヤの相対回転をなくし、両者の同期が行われる。同期完了後、シンクロナイザスリーブ１８Ｂが、被同期ギヤと噛合ったとき、目標変速段への変速が完了する。なお、１つのシンクロナイザスリーブ１８Ｂを往復動させてシンクロナイザリングを押圧させることが可能な変速段により構成される変速段の組をシフト列というものとする。本実施形態では、メインドライブギヤＺm４及び３速ギヤＺm３、２速ギヤＺm２及び１速ギヤＺm１並びにリバースギヤＺmＲ及び５速ギヤＺm５は相異なるシフト列を構成する。

変速機１６には、変速制御に必要なパラメータであるメインシャフト３２の回転速度及びカウンタシャフト３４の回転速度を算出するため、それぞれ、メインシャフト３２の回転信号を検出するメインシャフト回転信号センサ２０と、カウンタシャフト３４の回転信号を検出するカウンタシャフト回転信号センサ２２と、が取り付けられる。メインシャフト回転信号センサ２０は、メインシャフト３２に固定されたギヤＺmの回転から、カウンタシャフト回転信号センサ２２は、カウンタシャフト３４のカウンタ１速ギヤＺc１と常時噛合うメインシャフト３２の１速ギヤＺm１の回転から、それぞれ、光学的変化、磁気的変化又は電気的変化などを感知して回転信号を検出することができるように配置される。なお、カウンタシャフト回転信号センサ２２は、１速ギヤＺm１に限らず、他のギヤの回転信号を検出するようにしてもよい。

変速機１６の変速動作を行うギヤシフトユニット２４は、変速機１６に取り付けられる。ギヤシフトユニット２４は、各シフト列に対応するシンクロメッシュ機構１８のシンクロナイザスリーブ１８Ｂをメインシャフト３２の軸線方向に往復動させるアクチュエータ（図示せず）、及び、変速機１６の現在の変速段を検出するシフトポジションセンサ（図示せず）を含んで構成される。アクチュエータは、各シフト列ごとに配設され、変速機コントロールユニット２８からの制御により駆動される。アクチュエータは、駆動源として空気圧、油圧などを採用することができる。

シフトタワー２６は、運転室内に取り付けられ、運転者により変速機１６への変速指令が入力される。シフトレバー２６には、運転者が操作を行うシフトレバー２６Ａが立設される。シフトタワー２６は、変速機１６をシフトアップ、シフトダウン、現変速段に維持するホールド、ニュートラル及び後進段に変速させるための変速指令を入力可能に構成される。

変速機コントロールユニット２８には、メインシャフト回転信号センサ２０、カウンタシャフト回転信号センサ２２、ギヤシフトユニット２４、シフトタワー２６から各出力信号が入力される。変速機コントロールユニット２８は、そのＲＯＭ（Read Only Memory）などに記憶された変速制御プログラムを実行することで、ギヤシフトユニット２４を介し変速機１６を電子制御する。また、変速制御プログラムを実行する変速機コントロールユニット２８が、ギヤシフトユニット２４内のアクチュエータの駆動を制御することで、第１の変速制御手段及び第２の変速制御手段及び本発明に係る変速方法がそれぞれ具現化される。

図３は、変速機コントロールユニット２８が、シフトタワー２６からの変速指令信号の入力に応答して変速すべき目標変速段を決定した後、摩擦クラッチ１４の切断及び変速機１６のニュートラルへの変速を行ったときに、変速機コントロールユニット２８で実行される変速制御プログラムの処理内容を示す。目標変速段の決定は、変速指令信号がシフトアップ指令又はシフトダウン指令のいずれを示すものであるかを判定した後、例えば、変速機コントロールユニット２８のＲＡＭ（Random Access Memory）などに記憶保持されている、又はギヤシフトユニット２４のシフトポジションセンサから検出される、現在の変速段に対して、シフトアップ指令のとき１段高位のものを選択し、シフトダウン指令のとき１段低位のものを選択してなされる。なお、現在の変速段が変速機１６の最高段又は最低段である場合に、それぞれシフトアップ指令又はシフトダウン指令がされたときには、変速機コントロールユニット２８は、目標変速段を決定せず次の変速指令信号が入力されるまで待機する。

ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様）では、シフトアップ指令のときの目標変速段に対しシフト列の異なる高い変速段（高位変速段）があるか否か、又は、シフトダウン指令のときの目標変速段に対しシフト列の異なる低い変速段（低位変速段）があるか否か、を判定する。高位変速段又は低位変速段があると判定されたときには、ステップ２へ進む。一方、高位変速段又は低位変速段がないと判定されたときには、ステップ７へと進み、直ちに目標変速段への変速動作を開始する。

なお、かかる判定の前に、シフトアップ指令のときには目標変速段が変速機１６の最高段であるか否かを、シフトダウン指令のときには目標変速段が変速機１６の最低段であるか否かを判定してもよい。そして、目標変速段が最高段又は最低段である場合には、本ステップを経ることなく、直ちに目標変速段への変速動作を開始してもよい。

ステップ２では、目標変速段への変速動作を開始すると共に、目標変速段への変速動作を補助するため、高位変速段又は低位変速段のうち少なくとも１つの変速段（補助変速段）への変速動作を開始する。具体的には、目標変速段及び補助変速段のコーン面に対し、それぞれの変速段に対応する相異なるシンクロメッシュ機構１８を構成するシンクロナイザリングを押圧させるように、変速機コントロールユニット２８の制御によって、ギヤシフトユニット２４内のそれぞれのアクチュエータを駆動させ、シンクロナイザスリーブ１８Ｂを移動させる。高位変速段又は低位変速段がそれぞれ複数ある場合に、いずれの変速段を補助変速段とするかは、慣性質量、各部摺動抵抗などに影響されるカウンタシャフト３４の減速度又は増速度、各変速段固有のシンクロ容量などを考慮して予め設定される。この場合、例えば、各変速段のシンクロ容量が小さく、カウンタシャフト３４の慣性質量が大きいようなときには、これら複数の高位変速段又は低位変速段の中でそれぞれシフト列の異なる変速段があることを条件に、補助変速段を２つ以上としてもよい。

なお、目標変速段への変速動作の開始は、本ステップにおいてではなく、目標変速段決定に伴うクラッチ切断及びニュートラル変速の後から本ステップによる処理開始までの間に行われてもよい。

ステップ３では、メインシャフト回転信号センサ２０及びカウンタシャフト回転信号センサ２２で検出したギヤＺmの回転信号及び１速ギヤＺm１の回転信号に基づいて、メインシャフト３２の回転速度Ｎm及びカウンタシャフト３４の回転速度Ｎc（第１の回転速度）を算出する。例えば、メインシャフト回転信号センサ２０及びカウンタシャフト回転信号センサ２２で検出した回転信号がそれぞれ単位時間当たりのパルス数で得られる場合、メインシャフト３２の回転速度Ｎmは、パルス数をギヤＺmの歯数で除して算出し、カウンタシャフト３４の回転速度Ｎcは、パルス数を１速ギヤＺm１の歯数で除することに加え、１速ギヤ段の変速比を乗じて算出する。

ステップ４では、メインシャフト３２の回転速度Ｎmと、変速機コントロールユニット２８のＲＯＭなどに記憶保持された目標変速段の変速比とを乗算して、目標変速段への変速完了時におけるカウンタシャフト３４の予測回転速度Ｎpc（第２の回転速度）を算出する。

ステップ５では、カウンタシャフト３４の回転速度Ｎcと、予測回転速度Ｎpcと、の差の絶対値が所定値以下となるか否かを判定する。補助変速段のシンクロメッシュ機構の作動は目標変速段への変速動作を補助するためのものであることから、所定値は、目標変速段の被同期ギヤとシンクロナイザスリーブとの同期ないしは噛合が完了するまでに、補助変速段のコーン面に対するシンクロナイザリングの押圧が解除されるように定められる。前記差の絶対値が所定値以下となった場合には、ステップ６に進む。一方、前記差の絶対値が所定値より大きい場合には、ステップ３に戻る。

ステップ６では、補助変速段への変速動作を停止させる。具体的には、補助変速段のコーン面に対するシンクロナイザリングの押圧を解除してニュートラル状態となるように、変速機コントロールユニット２８の制御によりギヤシフトユニット２４内のアクチュエータを駆動させて、シンクロナイザスリーブ１８Ｂを被同期ギヤと反対方向に移動させる。

その後、目標変速段の被同期ギヤとシンクロメッシュ機構１８のシンクロナイザハブ１８Ａ外周のギヤとの同期が完了し、シンクロナイザスリーブ１８Ｂが目標変速段の被同期ギヤへ噛合わされて目標変速段への変速が完了すると共に、摩擦クラッチ１４がエンジン１２の出力軸に接続される。

かかる変速装置１０及びその制御方法によれば、目標変速段への変速動作に加え、シフトアップの場合には目標変速段に対しシフト列の異なる高い変速段のコーン面に対し、シフトダウンの場合には目標変速段に対しシフト列の異なる低い変速段のコーン面に対し、シンクロメッシュ機構１８のシンクロナイザリングを押圧させる。そうすると、シフトアップのときには、カウンタシャフト３４の回転速度は短時間で減少する一方、シフトダウンのときには、カウンタシャフト３４の回転速度は短時間で増加する。このため、変速完了時にカウンタシャフト３４が目標変速段の回転速度に短時間で到達し、同期に要する時間は短くなる。

従って、目標変速段の変速動作とは別に、補助変速段に対しシンクロメッシュ機構１８を作動させて同期を促進させることにより、十分なシンクロ容量を確保することができるので、シンクロメッシュ機構１８のダブルコーン化又はトリプルコーン化による変速装置１０の構造の複雑化及びその容量の増大化ひいては製品コストの上昇を招来することなく変速時間を短縮させることが可能となる。この変速時間の短縮により、定積載や登坂中などの変速中の失速を抑制することができると共に、運転者のストレス低減、車両運行時間の短縮をも可能とする。また、目標変速段だけでなく補助変速段も変速動作に関与するため、同期作動によって吸収する運動エネルギーを複数のギヤに分担することにより、各変速段のシンクロメッシュ機構１８の耐久性を向上させることができる。さらに、従来の変速装置において同期を促進するために必要とされた、カウンタシャフトブレーキなどの同期補助装置が不要となる利点もある。

なお、本発明による変速機の変速装置及びその変速方法は、主変速機と副変速機とを含む変速機に対しても適用することが可能である。

前述の実施形態において、運転者のシフトレバー２６Ａの操作による変速指令に基づいて、変速機コントロールユニット２８が目標変速段を決定する場合（手動変速）について述べた。しかし、変速機コントロールユニット２８に入力される車両の走行状態、例えば、燃料噴射量や車速などに基づいて、変速機コントロールユニット２８のＲＯＭなどに記憶された変速マップから目標変速段が決定される場合（自動変速）、及び、いわゆるＨパターン軌跡に従ったシフトレバー２６Ａの操作により変速指令が発せられ、目標変速段が決定される場合、にも本発明を適用することができる。この場合、目標変速段決定後に、かかる変速指令が、シフトアップ指令であるか、又は、シフトダウン指令であるかを判定する必要がある。

前述のステップ５における所定値は、アクチュエータを作動させる作動流体の圧力に応じて動的に変化させるようにしてもよい。例えば、作動流体の圧力が小さい場合には、アクチュエータによるシンクロナイザスリーブの作動遅延が予想されるので、所定値を大きくすることができる。逆に、作動流体の圧力が大きい場合には、所定値を小さくすることができる。なお、この所定値は、シフトアップの場合とシフトダウンの場合とで異なる値としてもよい。

１０ 変速装置
１６ 変速機
１８ シンクロメッシュ機構
２０ メインシャフト回転信号センサ
２２ カウンタシャフト回転信号センサ
２４ ギヤシフトユニット
２８ 変速機コントロールユニット
３２ メインシャフト
３４ カウンタシャフト

Claims (7)

1. 同期噛合式変速機に備えられるシンクロメッシュ機構と、
   該シンクロメッシュ機構を作動させるアクチュエータと、
   変速指令があったときに、変速すべき目標変速段の前記シンクロメッシュ機構を作動させて変速動作を行う第１の変速制御手段と、
   前記変速指令があったときから所定時間が経過するまで、前記目標変速段以外の少なくとも１つの他の変速段の前記シンクロメッシュ機構を作動させて、前記他の変速段のコーン面にシンクロナイザリングを押圧させるように、前記アクチュエータの駆動を制御する第２の変速制御手段と、
   を含んで構成されたことを特徴とする同期噛合式変速機の変速装置。
2. 前記他の変速段は、前記目標変速段への変速がシフトアップである場合には、前記目標変速段に対しシフト列の相異なる高い変速段であり、前記目標変速段への変速がシフトダウンである場合には、前記目標変速段に対しシフト列の相異なる低い変速段であることを特徴とする請求項１記載の同期噛合式変速機の変速装置。
3. 前記所定時間は、カウンタシャフトの回転速度である第１の回転速度と、前記目標変速段への変速完了時に予測されるカウンタシャフトの回転速度である第２の回転速度と、の差の絶対値が、所定値以下となるまでの時間であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の同期噛合式変速機の変速装置。
4. 前記第２の回転速度は、メインシャフトの回転速度及び前記目標変速段の変速比に基づいて算出されることを特徴とする請求項３記載の同期噛合式変速機の変速装置。
5. 前記所定値は、前記アクチュエータを作動させる作動流体の圧力に応じて変更されることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の同期噛合式変速機の変速装置。
6. 前記第１の回転速度は、前記メインシャフトに遊転自由に嵌合されたメインギヤのいずれか１つから検出される回転信号に基づいて算出されることを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれか１つに記載の同期噛合式変速機の変速装置。
7. 変速機コントロールユニットが、変速指令があったときに、変速すべき目標変速段のシンクロメッシュ機構を作動させて変速動作を行うと共に、前記変速指令があったときから所定時間が経過するまで、前記目標変速段以外の少なくとも１つの他の変速段の前記シンクロメッシュ機構を作動させて、前記他の変速段のコーン面にシンクロナイザリングを押圧させるように、アクチュエータを制御することを特徴とする同期噛合式変速機の変速方法。

Images