JP5656580B2

JP5656580B2 - 変速制御システム

Info

Publication number: JP5656580B2
Application number: JP2010259145A
Authority: JP
Inventors: 寺岡正夫; 池谷信二
Original assignee: 株式会社イケヤフォ−ミュラ
Priority date: 2010-11-19
Filing date: 2010-11-19
Publication date: 2015-01-21
Anticipated expiration: 2030-11-19
Also published as: JP2012112396A

Description

本発明は、自動車等の変速を行わせる変速制御システムに関する。

一般に、シングル・クラッチを使用した車両用のトランスミッションは、変速時に駆動力が途切れ、変速ショックや加速遅れ等が避けられなかった。

これに対し、ツイン・クラッチのトランスミッションは、駆動力が途切れず、変速ショックや加速遅れを抑制できるものとして知られている。

しかし、ツイン・クラッチのトランスミッションは、構造が複雑で重量が大きいという問題がある。

一方、ゼロシフトトランスミッションは、重量増を抑制できるものとして注目されている。

図８は、ゼロシフトトランスミッションの動作説明図である。図８では、説明を簡単にするため、1速、２速間の変速を説明する。

このゼロシフトトランスミッションでは、１速ギヤ１０１、２速ギヤ１０３間に入力軸に係合した３個の第1ビュレット１０５、３個の第２ビュレット１０７を備え、シフト操作に応じて移動する構成となっている。１速ギヤ１０１及び２速ギヤ１０３には、噛合い歯１０１ａ，１０３ａが形成され、第1ビュレット１０５及び第２ビュレット１０７の両端部には、回転方向前後で異なった複雑なフェースが形成されている。

第1ビュレット１０５及び第２ビュレット１０７は、セレクトフォークの動作に対しスプリングを介して１速ギヤ１０１又は２速ギヤ１０３側へ移動する構成である。

このような構成により、例えば１速ギヤ１０１への変速時は、３個の第1ビュレット１０５が１速ギヤ１０１の噛合い歯１０１ａに噛み合ってから残りの３個の第２ビュレット１０７が噛合い歯１０１ａに噛み合う。

２速への変速時は、３個の第２ビュレット１０７が２速ギヤ１０３の噛合い歯１０３ａに噛み合ってから残りの３個の第１ビュレット１０５が噛合い歯１０３ａに噛み合う。

このような複雑なフェースを備えた第1ビュレット１０５及び第２ビュレット１０７とスプリングを介したセレクト動作とにより、駆動力が途切れず、変速ショックや加速の遅れを抑制し、且つ重量軽減を図ることができる。

しかし、第1ビュレット１０５及び第２ビュレット１０７等を備えた構造が複雑であり、部品点数も増大するという問題がある。

June 2005 Racecar Engineering(www. racecar・engineering.com)

解決しようとする問題点は、駆動力が途切れず、変速ショックや加速の遅れを抑制し、且つ重量軽減を図ることはできるが、構造が複雑であった点である。

本発明は、駆動力が途切れず、変速ショックや加速の遅れを抑制し、重量軽減を図ることができ、且つ構造を簡単にすることを可能とするため、エンジンからのトルクを締結調整により伝達出力する発進クラッチと、この発進クラッチからの伝達出力を噛合いクラッチの切り替え移動により車速に応じて変速し駆動輪へ出力するトランスミションと、前記発進クラッチを締結調整するクラッチ・アクチュエータと、前記噛合いクラッチを切り替え移動させるシフト・アクチュエータと、前記駆動輪への伝達トルクを検出するトルク検出部と、前記クラッチ・アクチュエータを制御して前記トルク検出部が検出する変速時のエンジン出力伝達トルクを維持しつつ変速による過大なショックトルクを伝達しない程度に前記発進クラッチの伝達トルクを変速直前から変速直後の間低減するように締結調整するクラッチ制御部とを備え、前記トルク検出部は、前記エンジンのアクセル開度及び回転数により前記変速直前の前記駆動輪への伝達トルクを検出し、前記クラッチ制御部は、前記発進クラッチの伝達トルクを前記トルク検出部が検出する前記変速直前の伝達トルクに応じた程度になるまで低減させることを特徴とする。

本発明は、上記手段としたため、駆動力が途切れず、変速ショックや加速の遅れを抑制し、且つ重量軽減を図ることができ、且つ構造を簡単にすることができる。

変速制御システムの概略構成図である。（実施例１）待ち機構及びドグ・クラッチの関係を示し、（ａ）は、待ち状態を示し、（ｂ）は、動作後の状態を示す概略図である。（実施例１）発進クラッチの切断によるトルク減少を示すグラフである。（実施例１）変速前後の変速ショックを示すグラフである。（実施例１）発進クラッチの断続とトルク変動との関係を示すグラフである。（実施例１）変速制御システムによる変速ショックを示すグラフである。（実施例１）制御フローチャートである。（実施例１）ゼロシフトトランスミッションの要部斜視図である。（従来例）

駆動力が途切れず、変速ショックや加速の遅れを抑制し、重量軽減を図ることができ、且つ構造を簡単にするという目的を、噛合いクラッチによる変速及び発進クラッチのクラッチ制御部により実現した。

図１は、本発明実施例１の変速制御システムの概略構成図である。

図１のように、変速制御システム１は、発進クラッチ３、トランスミション５、クラッチ・アクチュエータ７、シフト・アクチュエータ９、トルク検出部及びクラッチ制御部としてのコントローラ１１とを備えている。

発進クラッチ３は、エンジン１３からのトルクを締結調整により伝達出力する。

トランスミション５は、発進クラッチ３からの伝達出力を噛合いクラッチであるドグ・クラッチ１５，１７の切り替え移動により車速に応じて変速して出力し、プロペラ・シャフト１９、終減速装置２１、車軸２３ａ，２３ｂを介して駆動輪である後輪２５ａ，２５ｂへ伝達する。

ここで、説明を簡単にするため、トランスミッション５を前進４段で説明し、また、ギヤ径は無視して説明する。トランスミッション５は、１速ギヤ２７、２速ギヤ２９、３速ギヤ３１、４速ギヤ３３を備え、カウンター・シャフト３５のカウンター・ギヤ３７，３９，４１，４３と噛み合っている。

ドグ・クラッチ１５が１速ギヤ２７に噛合うと発進クラッチ３の出力が４速ギヤ３３、カウンター・ギヤ４３、カウンター・ギヤ３７、１速ギヤ２７を介してプロペラ・シャフト１９へ変速出力される。

ドグ・クラッチ１５が２速ギヤ２９に噛合うと発進クラッチ３の出力が４速ギヤ３３、カウンター・ギヤ４３、カウンター・ギヤ３９、２速ギヤ２９を介してプロペラ・シャフト１９へ変速出力される。

ドグ・クラッチ１７が３速ギヤ３１に噛合うと発進クラッチ３の出力が４速ギヤ３３、カウンター・ギヤ４３、カウンター・ギヤ４１、３速ギヤ３１を介してプロペラ・シャフト１９へ変速出力される。

ドグ・クラッチ１７が４速ギヤ３３に噛合うと発進クラッチ３の出力が直接プロペラ・シャフト１９へ出力される。

クラッチ・アクチュエータ７は、発進クラッチ３を締結調整するものであり、油圧アクチュエータ等が用いられている。例えば、コントローラ１１からの信号を受けて電動モータが動作し、マスター・シリンダのプッシュ・ロッドを駆動して発進クラッチ３の締結力を調整し、伝達トルクを制御する。

シフト・アクチュエータ９は、ドグ・クラッチ１５，１７を切り替え移動させるものであり、シフト・ドラム４５、シフト・フォーク４７，４９、及び待ち機構５１，５３等を備えている。

シフト・ドラム４５は、シフト用の溝４５ａ，４５ｂを備えており、シフト・レバーによるマニュアル操作信号に基づき、或いはアクセル・ペダル５５の操作によるアクセル開度及び車速信号等に基づき、シフト・モータ（図示せず）により回転駆動される構成となっている。アクセル開度は、アクセル開度センサ５６が検出し、コントローラ１１へ入力する。

シフト・フォーク４７，４９は、シフト・ロッド５７，５９に取り付けられ、シフト・ロッド５７，５９は、待ち機構５１，５３を介してシフト・ドラム４５にそれぞれ係合している。

コントローラ１１は、トルク検出部としての機能を有する、エンジン１３のアクセル開度及び回転数によりエンジンの発生トルクを算出し発進クラッチが後輪２５ａ，２５ｂ側への伝達しているトルクＡを推定する。エンジン１３の回転数は、回転数センサ６５が検出し。コントローラ１１へ入力する。

変速動作をシフト部材や変速コントローラ１１等から検出し、変速直前から変速直後まで発進クラッチの伝達容量をＡまで低減するように締結調整する。

コントローラ１１は、前記発進クラッチ３の伝達トルクを低減するときエンジン１３へ点火カット、燃料カット等の信号を出力できるようにしている。ただし、発進クラッチ３の伝達トルクを低減するときエンジン１３へ点火カット、燃料カット等の信号を出力しない構成にすることもできる。

図２は、待ち機構及びドグ・クラッチの関係を示し、（ａ）は、待ち状態を示し、（ｂ）は、動作後の状態を示す概略図である。

図２では、ドグ・クラッチ１５側の待ち機構５１のみ説明する。ドグ・クラッチ１７側の待ち機構５３も同一構成である。

図２のように、待ち機構５１は、シリンダ６７、ピストン６９ａ，６９b、弾性体としてのコイル・スプリング７１を備えている。シリンダ６７は、シフト・アーム６１ａを一体に備え、シフト・ロッド５７の軸方向に可動構成されている。なお、待ち機構５３では、シフト・アームを６１ｂとしている。

ピストン６９ａ，６９bは、シリンダ６７に対しスナップ・リング７０ａ，７０ｂによって軸方向外側への移動が制限され、スナップ・リング７２ａ，７２ｂによってシフト・ロッド５７に対する一定以上の軸方向移動が制限されている。

コイル・スプリング７１は、ピストン６９ａ，６９b間に介設されている。

シフト・フォーク４７の先端側は、ドグ・クラッチ１５のクラッチ・リング７３に係合し、クラッチ・リング７３の両面と１速ギヤ２７及び２速ギヤ２９の対向面とには、噛合い歯７３ａ，７３ｂ、２７ａ，２９ａが形成されている。

そして、シフト・ドラム４５の回転による溝４５ａの案内によりシフト・アーム６１が動作し、シリンダ６７が軸方向の２速ギヤ２９側に駆動されたときでも、発進クラッチ３の締結力が十分であるとクラッチ・リング７３の噛合い歯７３ａと１速ギヤ２７の噛合い歯２７ａとの間の摩擦力により噛合いは維持される。

このため、シリンダ６７と共にスナップ・リング７０ａを介してピストン６９ａが動くとスナップ・リング７２ａで位置決められたピストン６９ｂとの間でスプリング７１が撓められ、付勢力が蓄えられる。この付勢力の蓄え維持によりドグ・クラッチ１５の切り替え移動を待機させる。

シフトアクチェーターのシフト終了の信号を受けると、エンジンを点火カットや燃料カット等で、1瞬出力トルクをカットする。

このためクラッチ・リング７３の噛合い歯７３ａと１速ギヤ２７の噛合い歯２７ａとの間の摩擦力が低くなる。この摩擦力よりもスプリング７１に蓄えられた付勢力が勝り、シフト・ロッド５７を介してシフト・フォーク４７が瞬時に動作する。

この動作によりクラッチ・リング７３が２速ギヤ２９側へ移動し、噛合い歯７３ｂが２速ギヤ２９の噛合い歯２９ａに噛合い、２速ギヤ２９による変速出力が行われる。

このとき、前記したように変速時の発進クラッチ３の伝達トルクが駆動輪２５ａ，２５ｂ間の伝達トルクを維持する最低限Ａに低減して変速が行われるため、変速時のショックを軽減することができる。

図３は、変速クラッチの噛み合いがニュートラルへ移行する等、駆動入力トルクが急激に途切れた時の駆動輪25a,２５bに負荷される駆動トルクの変化を示すグラフである。

図３のように、噛み合いクラッチの噛み合いをニュトラルとし駆動トルクがとだえても駆動輪２５ａ，２５ｂの駆動トルクは矢印のように瞬時に零になることはなく、固有振動数に起因する時間的傾きをもって減少する。通常トルク0になるまでの時間は０．１から0.2秒程度である。この傾きは、車軸２３ａ，２３ｂ、プロペラ・シャフト１９等の上流側の慣性質量、車軸２３ａ，２３ｂ、プロペラ・シャフト１９等の剛性により決定される。

上記のようにシフトが瞬時に行われることでニュートラルの滞在時間が例えば0.02秒程度の極めて短時間の場合、後輪２５ａ，２５ｂの駆動トルクの減少が少ないうちに変速を終了させることができる。短時間シフトはシンクロ機構を有しない噛み合いクラッチと待ち機構の組み合わせにより容易に実現できる。

図４は、発進クラッチを切断せず、強制的に上段へ変速したときの変速ショックを示すトルク変動のグラフである。一旦ニュトラルとなることで駆動力が途切れ次にエンジンの回転差による運動エネルギーに起因する大きなショックトルクが発生する。図５は通常の変速で、上段に変速した場合のトルク変動のグラフである。長時間駆動力が途切れていることが示されている。

以上のように発進クラッチを結合したまま変速すると図4に示すように大きなショックが、クラッチを切った通常の変速であると長時間、駆動力が途絶え、特にドライバーの意思に係らず変速が行われる自動MTの場合ドライバーに違和感を与える。

図６は、本発明実施例の変速制御システムによるクラッチ伝達トルク容量変化とトルク伝達特性を示す。すばやい瞬時の変速によりトルク低下もほとんど無くまた発進クラッチの適切な制御により駆動トルクの途切れや変速ショックも少ない。図６の斜線部分がクラッチのすべりにより吸収されるショックトルクを示す。

図６のように、本発明実施例では、上記のように、変速時に発進クラッチ３を切断するのではなく、変速直前のエンジン発生トルクに応じて変速直前から直後まで発進クラッチ３の伝達トルクをAまで緩める。

このような発進クラッチ３の伝達トルクの制御により、変速時の発進クラッチ３及び後輪２５ａ，２５ｂ間の伝達トルクを維持しつつ発進クラッチ３の伝達トルクを低減し、変速ショックを軽減し且つ加速に途切れがない変速を実現することができた。

変速時発進クラッチ３の伝達トルクを低減すると共にエンジン１３へ点火カット、燃料カット等の信号を出力すると、エンジン１３の出力トルク減少によりプリシフトされた待ち機構より瞬時のシフトをより確実に可能とする。

図１の破線図示のように、発進クラッチ３と後輪２５ａ，２５ｂとの間、本実施例ではトランスミッション５の後流側に、慣性回転を付勢する慣性質量としてフライ・ホイール７５を取り付けると、後輪２５ａ，２５ｂ側動力伝達系の固有振動数は低下し、図３で示すトルク減少の傾きをより小さくし、後輪２５ａ，２５ｂ間の伝達トルクの維持をより確実に行わせることができる。

図７は、本発明実施例の制御フローチャートである。

図７のフローチャートは、エンジン始動により実行される。

ステップＳ１では、「手動又は自動によるシフト指示」の処理が実行される。

手動によるシフト指示は、例えば、シフト・レバーのマニュアルモードでの操作によりシフト・アップ又はシフト・ダウンが行われたとき、その操作信号がコントローラ１１に入力され、コントローラ１１がシフト・アクチュエータ９に指示に応じた信号を出力する。シフト・アクチュエータ９は、電動モータの回転によりシフト・ドラム４５を回転させ、シフト・アーム６１，６３、シフト・ロッド５７，５９、待ち機構５１，５３、シフト・フォーク４７，４９を介してドグ・クラッチ１５、１７を適宜動作させ、トランスミション５の変速を行わせる。

自動によるシフト指示は、コントローラ１１に入力されるエンジン回転数、アクセル開度、車速から適切な変速段が算出され、シフト・アクチュエータ９に算出に応じた信号を出力する。この信号出力により、前記同様な変速動作が行われる。

この変速動作では、図２の例えば１速ギヤ２７から２速ギヤ２９への変速において、前記のように待ち機構５１での付勢力の蓄え維持によりドグ・クラッチ１５の切り替え移動を待機させる。

ステップＳ２では、「後輪側への伝達トルク１の検出」の処理が実行される。

ステップS3ではクラッチアクチェーターがステップS2の結果に応じて発進クラッチの締結力を緩める。

ステップ4において点火カット等により、噛み合いクラッチのトルクを瞬間カットする。これにより噛み合いクラッチの摩擦力が低減し、待ち機構のエネルギーにより瞬時にクラッチ・リング７３が２速ギヤ２９側へ移動し、噛合い歯７３ｂが２速ギヤ２９の噛合い歯２９ａに噛合い、２速ギヤ２９による変速出力が行われる。

ステップＳ５では、「クラッチ再１００％締結」が実施され変速は終了する。
［実施例１の効果］
本発明実施例１は、エンジン１３からのトルクを締結調整により伝達出力する発進クラッチ３と、この発進クラッチ３からの伝達出力をドグ・クラッチ１５，１７の切り替え移動により車速に応じて変速し後輪２５ａ，２５ｂへ出力するトランスミション５と、発進クラッチ３を締結調整するクラッチ・アクチュエータ７と、ドグ・クラッチ１５，１７を切り替え移動させるシフト・アクチュエータ９と、後輪２５ａ，２５ｂへの伝達トルクを検出するトルク検出部１１と、クラッチ・アクチュエータ７を制御してコントローラ（トルク検出部）１１が検出する変速時の伝達トルク１を維持しつつ発進クラッチ３の伝達トルク２を低減するように締結調整するコントローラ（クラッチ制御部）１１とを備えた。

このため、変速被駆動歯車と駆動輪２５ａ，２５ｂとの間の変速直前のねじれトルクを維持したまま変速を行わせることができ、駆動力が途切れず、変速ショックや加速の遅れを抑制することができる。

しかも、ツイン・クラッチよりも大幅に重量軽減を図ることができ、且つドグ・クラッチ１５，１７を用いるため構造を簡単にすることができる。

コントローラ１１は、エンジン１３のアクセル開度及び回転数により変速時の伝達トルク１を算出する。

このため、変速時の伝達トルク１を正確に維持しつつ発進クラッチ３の伝達トルク２を低減することができる。

コントローラ１１による点火カット等による噛み合いクラッチの伝達トルクの低減までコイル・スプリング７１による付勢力を維持してドグ・クラッチ１５，１７の切り替え移動を待機させる待ち機構５１，５３を介設した。

このため、ドグ・クラッチ１５，１７を用いた簡単な構造でありながら、変速時の伝達トルクAを維持しつつ瞬時に変速を行わせることができる。

発進クラッチ３と後輪２５ａ，２５ｂとの間に、慣性回転を付勢するフライ・ホイール７５を設けた。

このため、後輪２５ａ，２５ｂ側動力伝達系の固有振動数は低下し、図３で示すトルク減少の傾きを小さくし、変速時の駆動輪のトルク低下を最小にすることが出来る。
［その他］
本発明の変速制御システムでは、待ち機構５１，５３を省略することもできる。この場合、シフト・ロッド５７，５９にシフト・フォーク４７，４９を直接取り付け、シフト・アーム６１，６３でシフト・ロッド５７，５９を直接動作させる構造となる。

この場合でも、上記発進クラッチ３の伝達トルク２を低減したとき、ソレノイド等により素早く切り替えることができる。

１変速制御システム
３発進クラッチ
５トランスミション
７クラッチ・アクチュエータ
９シフト・アクチュエータ
１１コントローラ（トルク検出部、クラッチ制御部）

Claims

エンジンからのトルクを締結調整により伝達出力する発進クラッチと、
この発進クラッチからの伝達出力を噛合いクラッチの切り替え移動により車速に応じて変速し駆動輪へ出力するトランスミションと、
前記発進クラッチを締結調整するクラッチ・アクチュエータと、
前記噛合いクラッチを切り替え移動させるシフト・アクチュエータと、
前記駆動輪への伝達トルクを検出するトルク検出部と、
前記クラッチ・アクチュエータを制御して前記トルク検出部が検出する変速時のエンジン出力伝達トルクを維持しつつ変速による過大なショックトルクを伝達しない程度に前記発進クラッチの伝達トルクを変速直前から変速直後の間低減するように締結調整するクラッチ制御部とを備え、
前記トルク検出部は、前記エンジンのアクセル開度及び回転数により前記変速直前の前記駆動輪への伝達トルクを検出し、
前記クラッチ制御部は、前記発進クラッチの伝達トルクを前記トルク検出部が検出する前記変速直前の伝達トルクに応じた程度になるまで低減させる、
ことを特徴とする変速制御システム。
請求項1記載の変速制御システムであって、
前記発進クラッチの伝達トルクが所定値に低減するまで前記噛合いクラッチの切り替え移動を待機させる弾性体を利用した待ち機構を介設し、
前記発進クラッチの伝達トルクの低減と共に前記エンジンの出力を低下させ前記待ち機構により前記噛合いクラッチの切り替え移動を行なわせる、
ことを特徴とする変速制御システム。
請求項1又は２に記載の変速制御システムであって、
前記発進クラッチと駆動輪との間に、慣性回転を付勢する慣性質量体を設けた、
ことを特徴とする変速制御システム。