WO2014102855A1

WO2014102855A1 - 変速制御システム

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Publication number: WO2014102855A1
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Inventors: 信二池谷
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Abstract

　駆動力を伝達しながら噛合いクラッチの切り替えにより変速することができながら、クラッチの必要以上の滑り、ショックを抑制することを可能とする変速制御システムを提供する。　噛合いクラッチ４７、４９、５１が駆動力伝達状態下で切り替えられて発進クラッチ１００５からの伝達出力を変速するトランス・ミション１００３と、発進クラッチ１００５を締結調整するクラッチ・アクチュエータ１０１１と、噛合いクラッチ４７、４９、５１をシフト指示信号により切り替えるシフト・アクチュエータ１００９と、シフト指示信号の入力によりクラッチ・アクチュエータ１０１１を制御して発進クラッチ１００５の締結力を低下させ検出される発進クラッチ１００５の入出力回転速度に差が生じた時点でシフト・アクチュエータ１００９により噛合いクラッチ４７、４９、５１の選択的な切り替えを行わせる制御部１００７とを備えたことを特徴とする。

Description

変速制御システム

　本発明は、自動車等の変速を自動又は手動により行わせ、特に駆動力伝達状態で噛合いクラッチを選択的に切り替え結合させて発進クラッチからの伝達出力を変速出力す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。また大きな走行抵抗を有し速度エネルギ小さい、建機、農機等にあっては変速時、駆動力が途切れると即停止してしまい変速が困難な場合も生じる。

　これに対し、ツイン・クラッチのトランス・ミションは、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、駆動力を伝達しながら噛合いクラッチの切り替えにより変速する、所謂シームレス・シフト・トランス・ミションは、重量増を抑制できるものとして注目されている。

　このシームレス・シフト・トランス・ミションの構造として、特許文献1に記載のものが提案されている。

　このシームレス・シフト・トランス・ミションでは、上下段の変速ギヤ間に入力軸に係合した３個の第1ビュレット、３個の第２ビュレットを備え、シフト操作に応じて移動する構成となっている。上下段の変速ギヤには、噛合い歯が形成され、第1ビュレット及び第２ビュレットの両端部には、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ビュレット及び第２ビュレットは、セレクトフォークの動作に対しスプリングを介して上段又は下段の変速ギヤ側へ移動する構成である。

　このような構成により、例えば下段への変速時は、３個の第1ビュレットが下段の変速ギヤの噛合い歯に噛み合ってから残りの３個の第２ビュレットが噛合い歯に噛み合う。

　上段への変速時は、３個の第２ビュレットが２速ギヤの噛合い歯に噛み合ってから残りの３個の第１ビュレットが噛合い歯に噛み合う。

　そして、このような第1ビュレット及び第２ビュレット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、かかるマニュアル・トランス・ミションをベースとしたシームレス・シフト・トランス・ミションにおいても、変速時、エンジン回転数と車速との不整合によるショックを吸収するためには、いわゆる発進クラッチ（以下クラッチと称する）の結合力を適切に制御する必要がある。

　このようなクラッチ結合力を得るために、変速直前のエンジン回転数、アクセル開度を検出して、その時のクラッチ伝達トルクを予測し、クラッチの締結力を調節するクラッチ・アクチェータを制御することになる。

　しかし、クラッチの摩擦係数は絶えず変化するため、エンジン回転数と車速との不整合によるクラッチの必要以上の滑り、或いはショックを吸収しきれないという問題があった。

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

　解決しようとする問題点は、駆動力を伝達しながら噛合いクラッチの切り替えにより変速することができても、エンジン回転数と車速との不整合によるクラッチの必要以上の滑り、或いはショックを吸収しきれないという点である。

　本発明は、駆動力を伝達しながら噛合いクラッチの切り替えにより変速することができながら、クラッチの必要以上の滑り、ショックを抑制することを可能とするため、駆動力を伝達しながら噛合いクラッチの切り替えにより変速する変速制御システムであって、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、駆動力伝達軸に相対回転自在に支持された複数段の変速ギヤの各噛合いクラッチが駆動力伝達状態で選択的に切り替えられて前記発進クラッチからの伝達出力を変速出力するトランス・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シフト指示信号により切り替えるシフト・アクチュエータと、前記発進クラッチの入力回転速度を検出するイン・プット回転速度センサ及び出力回転速度を検出するアウト・プット回転速度センサと、前記シフト指示信号の入力により前記クラッチ・アクチュエータを制御して前記発進クラッチの締結力を低下させ前記検出される発進クラッチの入出力回転速度に差が生じた時点で前記シフト・アクチュエータにより前記噛合いクラッチの選択的な切り替えを行わせる制御部とを備えたことを特徴とする。

　本発明は、上記手段としたため、駆動力を伝達しながら噛合いクラッチの切り替えにより変速する変速制御システムにより、駆動力が途切れず、変速ショックや加速の遅れを抑制しながら、エンジン回転数と車速との不整合によるクラッチの必要以上の滑り、或いはショックを抑制することができる。

変速制御システムのブロック図である。（実施例１）変速制御システムの構成図である。（実施例１）変速制御システムのフローチャートである。（実施例１）トランス・ミションの要部拡大断面図である。（実施例１）カム溝及びカム突起を示す展開図である。（実施例１）カム溝及びカム突起を示す展開図である。（実施例１）クラッチ・カム・リング及びクラッチ・リングの関係を示す斜視図である。（実施例１）クラッチ・カム・リング及びクラッチ・リングの関係を示す斜視図である（実施例１）クラッチ・カム・リングを示す斜視図である。（実施例１）クラッチ・リングを示す斜視図である。（実施例１）シフト・フォーク、チェック部、及び噛み合いクラッチとの関係を示す概略図である。（実施例１）シフト・フォーク、チェック部、及び噛み合いクラッチとの関係を示す概略図である。（実施例１）クラッチ・リングの要部展開図である。（実施例１）ドグ・クラッチの噛み合いを示し、（ａ）は、コースト噛み合い位置、（ｂ）は、待機噛み合い位置を示す要部展開図である。（実施例１）シフト・アップ時トランス・ミションの４速ギヤ噛み合いを示す概略図である。（実施例１）シフト・アップ時トランス・ミションの４速クラッチ・リングの離脱待機の位置を示す概略図である。（実施例１）５速に変速終了時の概略図である。シフト・ダウン時、4速5速がニュートラルであることを示す概略図である。（実施例１）シフト・アップ、シフト・ダウンのときのドラム溝の作動説明である。（実施例１）

　駆動力伝達状態下で噛合いクラッチの切り替えにより変速することができながら、クラッチの必要以上の滑り、ショックを抑制することを可能にするという目的を、エンジン１０１３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１００５と、駆動力伝達軸３、５に相対回転自在に支持された複数段の変速ギヤ１９、２１、２３、２５、２７、２９の各噛合いクラッチ４７、４９、５１が駆動力伝達状態下で選択的に切り替えられて発進クラッチ１００５からの伝達出力を変速出力するトランス・ミション１００３と、発進クラッチ１００５を締結調整するクラッチ・アクチュエータ１０１１と、噛合いクラッチ４７、４９、５１をシフト指示信号により切り替えるシフト・アクチュエータ１００９と、発進クラッチ１００５の入力回転速度を検出するイン・プット回転速度センサ１０２５及び出力回転速度を検出するアウト・プット回転速度センサ１０２７と、シフト指示信号の入力によりクラッチ・アクチュエータ１０１１を制御して発進クラッチ１００５の締
結力を低下させ検出される発進クラッチ１００５の入出力回転速度に差が生じた時点でシフト・アクチュエータ１００９により噛合いクラッチ４７、４９、５１の選択的な切り替えを行わせる制御部１００７とを備えることにより実現した。

［変速制御システム］
　図１は、変速制御システムのブロック図、図２は、変速制御システムの構成図である。

　本発明を実現する図１、図２の実施例の変速制御システム１００１は、駆動力を伝達しながら噛合いクラッチの切り替えにより変速する、いわゆるシームレス・シフトのトランス・ミション１００３及び発進クラッチ１００５を制御部としてのコントローラ１００７によって変速制御するものである。

　トランス・ミション１００３は、噛合いクラッチ４７、４９、５１を備え、シフト・アクチュエータ１００９により切り替えられるようになっている。シフト・アクチュエータ１００９は、例えば、電動モータによって構成され、シフト・ドラム１１９の入力軸１１９ａに取り付けられ、コントローラ１００７の出力ポート側に図示しない駆動回路を介して接続されている。

　発進クラッチ１００５は、クラッチ・アクチュエータ１０１１により締結調整されるようになっている。発進クラッチ１００５は、エンジン１０１３のクランク・シャフト１０１５とトランス・ミション１００３のメイン・シャフト３との間に設けられ、エンジン１０１３の出力をトランス・ミション１００３へ断続可能に伝達する。

　この発進クラッチ１００５は、一対の摩擦部材１０１９ａ、１０１９ｂをスプリング１０２１により締結調整することでエンジン１０１３からの出力を調整することができる。スプリング１０２１は、内径側に可動スリーブ１０２３ａが結合され、可動スリーブ１０２３ａが固定スリーブ１０２３ｂに対して軸方向移動調整される構成となっている。

　固定スリーブ１０２３ｂ側には、ソレノイドで構成されたクラッチ・アクチュエータ１０１１が設けられ、クラッチ・アクチュエータ１０１１への通電制御により可動スリーブ１０２３ａをスプリング１０２１の付勢力に抗して軸方向移動させようになっている。クラッチ・アクチュエータ１０１１は、コントローラ１００７の出力ポート側に図示しない駆動回路を介して接続されている。

　なお、図示上、クラッチ・アクチュエータ１０１１は、固定スリーブ１０２３ｂから離れているが、クラッチ・アクチュエータ１０１１及び固定スリーブ１０２３ｂは、一体的に形成されているものである。

　また、発進クラッチ１００５は、電気的に制御する油圧アクチュエータ等により締結制御する構成にすることもできる。

　コントローラ１００７は、例えばマイクロ・コンピュータにより構成され、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備えている。コントローラ１００７の入力ポートには、イン・プット回転速度センサ１０２５、アウト・プット回転速度センサ１０２７が接続され、シフト指示検出センサ１０２９、エンジン回転数センサ１０３１、アクセル開度センサ１０３３、車速センサ１０３５が接続されている。

　イン・プット回転速度センサ１０２５は、発進クラッチ１００５の入力回転速度を検出して制御部に入力するものであり、クランク・シャフト１０１５の回転速度を検出する。アウト・プット回転速度センサ１０２７は、発進クラッチ１００５の出力回転速度を検出してコントローラ１００７に入力するものであり、メイン・シャフト３の回転速度を検出する。

　シフト指示検出センサ１０２９は、手動又は自動によるシフト指示の信号を検出してコントローラ１００７に入力するものである。

　シフト指示検出センサ１０２９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、その操作信号を検出してシフト・レバーの操作信号としてコントローラ１００７に入力する。

　自動によるシフト指示信号は、コントローラ１００７に入力されるエンジン回転数、アクセル開度、車速に基づくものであり、エンジン回転数センサ１０３１、アクセル開度センサ１０３３、車速センサ１０３５からのエンジン回転数検出信号、アクセル開度検出信号、車速検出信号の入力に基づき適切な変速段が算出されることになる。

　なお、実施例としては、変速を手動又は自動に切り換えて行わせることができるものであるが、手動又は自動での何れかのみによる変速の切り換えを行える態様にすることもできる。

　そして、コントローラ１００７にシフト指示信号が入力されると、コントローラ１００７は、クラッチ・アクチュエータ１０１１の制御により発信クラッチ１００５の締結力を徐々に低下させる。この低下によりイン・プット回転速度センサ１０２５、アウト・プット回転速度センサ１０２７により入力されている発進クラッチ１００５の入出力回転速度に差が生じた時点でシフト・アクチュエータ１００９により噛合いクラッチ４７、４９、５１の選択的な切り替えを行わせる。

　噛合いクラッチ４７、４９、５１の選択的な切り替えが完了すると、クラッチ・アクチュエータ１０１１により発進クラッチ１００５が１００％の締結結合が行われる。
［変速制御及び発進クラッチ制御］
　図３は、変速制御システムのフローチャートである。

　図３のフローチャートは、例えば前記エンジン１０１３の始動により実行される。

　ステップＳ１（以下、ステップＳを端に「Ｓ」と略称する。）では、「シフト指示の読み込み」の処理により、シフト指示信号が読み込まれる。この読み込みでは、手動又は自動によるシフト指示の信号が読み込まれＳ２へ移行する。

　Ｓ２では、「シフト指示有り？」の判断処理により、読み込まれた信号からシフト指示信号が有るか否かが判断される。シフト指示有りであれば（ＹＥＳ）、Ｓ３に移行し、シフト指示なしであれば（ＮＯ）、Ｓ１へ戻る。

　Ｓ３では、「発進クラッチ締結力の低下」の処理により、コントローラ１００７がクラッチ・アクチュエータ１０１１への通電を制御して可動スリーブ１０２３ａを固定スリーブ１０２３ｂ側へ軸方向移動調整し、発進クラッチ１００５の締結力を徐々に低下させ、Ｓ４に移行する。

　Ｓ４では、「アウト・プット、イン・プット回転数読み込み」の処理により、イン・プット回転速度センサ１０２５、アウト・プット回転速度センサ１０２７により入力されている発進クラッチ１００５の入出力回転速度が読み込まれ、Ｓ５へ移行する。

　Ｓ５では、「アウト・プット<イン・プット？」の判断処理が実行され、発進クラッチ１００５の入出力回転速度に差が生じた時点（ＹＥＳ）、つまり、アウト・プット回転速度がイン・プット回転速度に対して遅れ始めた時に、Ｓ６に移行し、差が生じていない時は（ＮＯ）、Ｓ３へ戻り、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５が繰り返される。

　Ｓ６では、「加圧力固定」の処理により、発進クラッチ締結力の低下の処理が停止され、クラッチ・アクチュエータ１０１１の制御を切り替えが完了するまで固定し、Ｓ７へ移行する。

　Ｓ７では、「変速」の処理により、コントローラ１００７がシフト・アクチュエータ１００９を通電制御し、シフト指示信号に応じて噛合いクラッチ４７、４９、５１の選択的な切り替えを行わせ、Ｓ８に移行する。

　この場合、本実施例では、クラッチ・アクチュエータ１０１１による発進クラッチ１００５の締結力低下開始からシフト・アクチュエータ１００９による噛合いクラッチ４７、４９、５１の切り替え開始までの間を０秒を上回る１秒未満で行う。

　このため、クラッチ・アクチュエータ１０１１による制御は、変速制御にほとんど影響しないようにすることができる。

　Ｓ８では、「クラッチ１００％結合」の処理により、コントローラ１００７がクラッチ・アクチュエータ１０１１の通電制御を停止するとスプリング１０２１が自らの付勢力でリターンし、摩擦部材１０１９ａ、１０１９ｂを締結してクラッチ１００％結合の状態とし、処理を戻す。

　以上のように、駆動力を伝達しながら噛合いクラッチ４７、４９、５１の切り替えにより変速する変速制御システムにより、駆動力が途切れず、変速ショックや加速の遅れを抑制しながら、エンジン回転数と車速との不整合によるクラッチの必要以上の滑り、或いはショックを抑制することができる。
［シームレス・シフト］
　ここで、トランス・ミション１００３のシームレス・シフトの構造及び作用を説明する。

　トランス・ミション１００３は、駆動力伝達軸であるメイン・シャフト３及びカウンタ・シャフト５に相対回転自在に支持された複数段の変速ギヤの各噛合いクラッチが駆動力伝達状態下で選択的に切り替えられて前記発進クラッチからの伝達出力を変速出力するものである。

　このトランス・ミション１００３の噛合いクラッチ４７、４９、５１は、メイン・シャフト３に軸方向移動可能に複数備えられ軸方向の両サイドに２速以上はなれて変速ギヤとして２速ギヤ２１と５速ギヤ２７、４速ギヤ２５と６速ギヤ２９が配置され、カウンタ・シャフト５に同１速ギヤ１９と３速ギヤ２３が配置され、各両サイドの何れかの変速ギヤと選択的に噛み合って駆動出力軸に結合させるクラッチ・リング５９、６１、６３を備えている。

　シフト・アクチュエータ１００９は、クラッチ・リング５９、６１、６３の変速ギヤに対する選択的な噛み合いを切り替えている。

　下段と上段との変速ギヤに何れか一対のクラッチ・リング５９、６１、６３が各別に同時噛合いしたとき下段と上段との変速ギヤに噛合い方向と噛合い解除方向との異なる方向の軸力を各別に生じさせるガイド部Ｇを各クラッチ・リング５９、６１、６３と駆動力伝達軸との間に設けている。

　以下、具体的に説明する。

　図４は、トランス・ミションの要部拡大断面図である。

　図２、図４のように、トランス・ミション１００３は、駆動力伝達軸としてメイン・シャフト３及びカウンタ・シャフト５、アイドラ・シャフト７を備えている。これらメイン・シャフト３及びカウンタ・シャフト５は、軸受９、１１、１３、１５等によりミッション・ケース１７に回転自在に支持されている。アイドラ・シャフト７は、ミッション・ケース１７側に固定されている。

　メイン・シャフト３とカウンタ・シャフト５とには、複数段の変速ギヤとして１速ギヤ１９、２速ギヤ２１、３速ギヤ２３、４速ギヤ２５、５速ギヤ２７、６速ギヤ２９が固定または相対回転自在に支持されている。

　カウンタ・シャフト５上の１速ギヤ１９、３速ギヤ２３は、メイン・シャフト３の出力ギヤ３１、３３に噛合い、メイン・シャフト３上の２速ギヤ２１、４速ギヤ２５、５速ギヤ２７、６速ギヤ２９は、カウンタ・シャフト５の入力ギヤ３５、３７、３９、４１にそれぞれ噛合っている。

　アイドラ・シャフト７上のリバース・アイドラ４３は、軸方向移動によりメイン・シャフト３上の出力ギヤ４４及びカウンタ・シャフト５上の入力ギヤ４５に噛合い可能に配置されている。

　１速ギヤ１９、２速ギヤ２１、３速ギヤ２３、４速ギヤ２５、５速ギヤ２７、６速ギヤ２９は、複数の第１～第３の噛合いクラッチ４７、４９、５１によりメイン・シャフト３又はカウンタ・シャフト５に結合されてメイン・シャフト３からカウンタ・シャフト５へ変速出力可能となっている。

　第１～第３の噛合いクラッチ４７、４９、５１は、複数段の変速ギヤの上段への変速を、複数の第１～第３の噛合いクラッチ４７、４９、５１を変更して行なうようになっている。　すなわち、複数段の変速ギヤである１速ギヤ１９、２速ギヤ２１、３速ギヤ２３、４速ギヤ２５、５速ギヤ２７、６速ギヤ２９は、第１～第３の噛合いクラッチ４７、４９、５１を変更して変速を行うように配列されている。

　例えば１速ギヤ１９から２速ギヤ２１への変速は、複数の第１、第２の噛合いクラッチ４７、４９を変更して行なう。

　第１～第３の噛合いクラッチ４７、４９、５１は、基本的には同一構造であり、クラッチ・カム・リング５３、５５、５７、クラッチ・リング５９、６１、６３、クラッチ・リング５９、６１、６３及び１速ギヤ１９～６速ギヤ２９の各対向面に形成されたクラッチ歯４７ａ、４７ｂ、４９ａ、４９ｂ、５１ａ、５１ｂ、１９ａ、２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ、２９ａを備えている。

　したがって、クラッチ・リング５９、６１、６３は、メイン・シャフト３、カウンタ・シャフト５の軸方向へ噛合い移動してクラッチ歯４７ａ、４７ｂ、４９ａ、４９ｂ、５１ａ、５１ｂ、１９ａ、２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ、２９ａの選択的な噛合いにより変速出力のための結合を行わせる。

　第１～第３の噛合いクラッチ４７、４９、５１のクラッチ・カム・リング５３、５５、５７には、への字状のカム溝６５、６７、６９が形成されている。第１の噛合いクラッチ４７のクラッチ・カム・リング５３は、カウンタ・シャフト５に結合され、一体回転可能となっている。第２、第３の噛合いクラッチ４９、５１のクラッチ・カム・リング５５、５７は、メイン・シャフト３に結合され、一体回転可能となっている。

　第１～第３の噛合いクラッチ４７、４９、５１のクラッチ・リング５９、６１、６３は、クラッチ・カム・リング５３、５５、５７の外周に嵌合配置され、軸方向へ移動可能となっている。クラッチ・リング５９、６１、６３の内周には、カム突起７１、７３、７５が形成され、カム溝６５、６７、６９に嵌合しガイドされるようになっている。

　クラッチ・リング５９及びリバース・アイドラ４３には、後述するシフト・フォーク７７、７９が嵌合する周凹条８１、８３が形成されている。クラッチ・リング５９の外周には、さらに前記入力ギヤ４５が形成されている。クラッチ・リング６１、６３には、後述するシフト・フォーク８５、８７が嵌合する周凸条８９、９１が形成されている。

　第１～第３の噛合いクラッチ４７、４９、５１は、変速操作部９３により選択的に操作されるようになっている。リバース・アイドラ４３も、変速操作部９３により操作されるようになっている。

　変速操作部９３は、ミッション・ケース１７内に備えられ、複数のシフト・フォーク７７、７９、８５、８７と複数のシフト・ロッド１０３、１０５、１０７、１０９とシフト・アーム１１１、１１３、１１５、１１７とシフト・ドラム１１９とを備えている。

　シフト・フォーク７７、７９、８５、８７は、第１～第３の各噛合いクラッチ４７、４９、５１毎及びリバース・アイドラ４３に備えられ、各噛合いクラッチ４７、４９、５１、リバース・アイドラ４３を連動させるものである。

　シフト・ロッド１０３、１０５、１０７、１０９は、各シフト・フォーク７７、７９、８５、８７を支持している。

　シフト・アーム１１１、１１３、１１５、１１７は、各シフト・ロッド１０３、１０５、１０７、１０９に結合されている。

　シフト・ドラム１１９は、シフト溝１２０、１２１、１２３、１２５を備え、このシフト溝１２０、１２１、１２３、１２５に各シフト・アーム１１１、１１３、１１５、１１７の先端突部を係合させている。

　シフト・フォーク８５、８７側とミッション・ケース１７側との間には、凹凸部１２７、１２９及びチェック部１３１、１３３が設けられている。シフト・フォーク９９側とミッション・ケース１７側との間にも、同一構造の、凹凸部及びチェック部が設けられているが、図示は省略する。

　凹凸部１２７、１２９は、シフト・フォーク９５、９７に形成され、山形の位置決め凹部１２７ａ、１２７ｂ、１２７ｃ、１２９ａ、１２９ｂ、１２９ｃを備えている。位置決め凹部１２７ａ、１２９ａは、ニュートラル位置に対応し、位置決め凹部１２７ｂ、１２７ｃ、１２９ｂ、１２９ｃは、コースト噛み合い位置に対応している。

　チェック部１３１、１３３は、ミッション・ケース１７側に支持され、チェック・ボール１３１ａ、１３３ａをチェック・スプリング１３１ｂ、１３３ｂにより付勢し、凹凸部１２７、１２９に弾性力を持って係合させている。この係合により第１～第３の噛合いクラッチ４７、４９、５１をニュートラル位置とコースト噛合い位置とへ位置決めることができる。

　トランス・ミション１００３の出力は、カウンタ・シャフト５の出力ギヤ１３５に噛合うフロント・デファレンシャル装置１３７から行う。

　すなわち、シフト・レバーのマニュアル操作信号に基づき、或いはアクセル・ペダル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）によりシフト・ドラム１１９が回転駆動されると、シフト溝１２０、１２１、１２３、１２５のガイドにより何れかのシフト・アーム１１１、１１３、１１５、１１７を介してシフト・ロッド１０３、１０５、１０７、１０９が軸方向へ選択駆動される。

　このシフト・ロッド１０３、１０５、１０７、１０９の選択駆動によりシフト・フォーク７７、７９、８５、８７の何れかを介して第１～第３の噛合いクラッチ４７、４９、５１、或いはリバース・アイドラ４３が選択操作される。この選択操作により、１速ギヤ１９～６速ギヤ２９、リバース・アイドラ４３が選択的に動作し、シフト・アップ、シフト・ダウン、リバースのチェンジを行わせることができる。

　前記変速操作部９３及び第１～第３の噛合いクラッチ４７、４９、５１に、前記変速操作部９３の動作により下段と上段の噛合いクラッチが２重噛合いした時、エンジンの出力トルクに係らず、機構上必然的に発生する内部循環トルクにより上段はドライブ方向のトルクが働きより深く噛み合う方向へ、下段はコースティング・トルクによりクラッチをニュートラル方向へ移動させて噛合いを解除する作用を有するガイド部Ｇを各段に設けている。

　ガイド部Ｇは、前記のようにカム溝６５、６７、６９及びカム突起７１、７３、７５を第１～第３の噛合いクラッチ４７、４９、５１に備えている。カム溝６５、６７、６９及びカム突起７１、７３、７５により、第１～第３の噛合いクラッチ４７、４９、５１のコースト噛合い位置で駆動トルク及びコースティング・トルクを前記１速ギヤ１９、２速ギヤ２１、３速ギヤ２３、４速ギヤ２５、５速ギヤ２７、６速ギヤ２９に伝達し、コースト噛合い位置よりも噛合い離脱側へ移動した離脱待機の位置でのみコースティング方向トルクにより前記噛合いをニュートラル方向へガイドすることができる。

　また、ガイド部Ｇは、移動力伝達機構Ｍを変速操作部９３に備え、後述する駆動斜面Fを第１～第３の噛合いクラッチ４７、４９、５１の正の駆動トルク伝達側のみに備えている。

　駆動斜面Fは、ドライブ・トルクにより第１～第３の噛合いクラッチ４７、４９、５１のクラッチ・リング５９、６１、６３を離脱待機の位置へ移動させる移動力を発生させることができる。尚斜面Fは歯車側のクラッチ歯に設けても良く同様の機能を得ることが出来る。

　図５、図６は、カム溝及びカム突起を示す展開図、図７、図８は、クラッチ・カム・リング及びクラッチ・リングの関係を示す斜視図、図９は、クラッチ・カム・リングを示す斜視図、図１０は、クラッチ・リングを示す斜視図である。

　図５～図１０のように、カム溝６５、６７、６９は、クラッチ・カム・リング５３、５５、５７の外周面に周方向等間隔で複数形成されている。このカム溝６５、６７、６９は、ニュートラルに対応する部分を含めて軸方向の中央部にＶ形状部６５ａ、６７ａ、６９ａが形成され、その両側に平坦部６５ｂ、６７ｂ、６９ｂが形成されたものである。

　このため、噛み合いクラッチ４７、４９、５１が非待機位置に位置する場合、該平坦部６５ｂ、６７ｂ、６９ｂにカム突起７１、７３、７５が位置するため、コースティング・トルクが作用しても、ニュートラル方向へのスラストは生ぜず、噛み合いを保つ。

　カム突起７１、７３、７５は、クラッチ・リング５９、６１、６３の内周に周方向一定間隔で径方向に突設され、前記カム溝６５、６７、６９にそれぞれ嵌入し、ガイドされるようになっている。

　したがって、第１～第３の噛合いクラッチ４７、４９、５１のコースト噛合い位置では、カム突起７１、７３、７５が平坦部６５ｂ、６７ｂ、６９ｂに位置して駆動トルク及びコースティング・トルクを前記１速ギヤ１９、２速ギヤ２１、３速ギヤ２３、４速ギヤ２５、５速ギヤ２７、６速ギヤ２９に伝達することができる。

　第１～第３の噛合いクラッチ４７、４９、５１の離脱待機の位置では、カム突起７１、７３、７５がＶ形状部６５ａ、６７ａ、６９ａに位置するから、図６のようにコースティング方向トルクにより噛合いをニュートラル方向へガイドすることができる。

　図１１、図１２は、シフト・フォーク、チェック部、及び噛合いクラッチとの関係を示す概略図、図１３は、クラッチ・リングの要部展開図、図１４は、ドグ・クラッチの噛合いを示し、（ａ）は、コースト噛合い位置、（ｂ）は、待機噛合い位置を示す要部展開図である。図１１～図１４は、第３の噛合いクラッチについて説明する。第１、第２の噛合いクラッチについても同様であり、重複説明は省略する。

　図１１～図１４のように、第３の噛合いクラッチ５１は、クラッチ・リング６３のクラッチ歯５１ａ、５１ｂと４速ギヤ２５、６速ギヤ２９のクラッチ歯２５ａ、２９ａとが、周方向の配置において、歯幅よりも大きな相互間隔を有している。各クラッチ歯５１ａ、５１ｂ、２５ａ、２９ａの周方向噛合い面は、歯の根元が若干細くなるように傾斜形成されている。

　クラッチ・リング６３のクラッチ歯５１ａ、５１ｂの根元には、駆動トルクを受ける噛合い面に前記駆動斜面Ｆがそれぞれ形成されている。

　したがって、第３の噛合いクラッチ５１を、例えば６速ギヤ２９に噛合い結合させ、駆動トルクが働くと、図１４（ｂ）のように駆動斜面Ｆによってクラッチ・リング６３が移動する。このとき図１２に示す、シフト・フォーク８７の凹部１２９ｂがボール１３３ａを押しのけ、スプリング１３３ｂは加圧されエネルギを蓄える。

　この移動を許すのはシフト・アーム１１７のガイドに対しシフト溝１２５に適宜軸方向の遊びを設けているからである。この移動によりクラッチ・リング６３は、図１１、図１４（ａ）のコースト噛合い位置よりも噛合い離脱側へ移動した離脱待機の位置となる。

　次に駆動トルクがコースト方向に変化すると、歯は反対側に押し付けられ、図１４に示す斜面Fから離脱する。このため上記スプリング１３３ｂのエネルギにより凹部１２９ｂ、ボール１３３ａの作用で図１４（ａ）に示す深い噛み合い状態となる。この状態においては、図２、図４に示すカム突起７５がカム溝６９の軸方向端部側の平坦部６９ｂに位置するため、クラッチ・リング６３にスラストは発生しない。

　一方上段への変速が開始された場合、図２に示すシフト・ドラム１１９が回転しているので下段のシフト溝１２５の形状によりシフト・アーム１１７のガイドに対する上記遊びをなくしコースト・トルクが作用しも離脱位置を保持する。このとき突起７５はカム溝６９の平坦部６９ｂから斜面部へ移動しているため上段ギヤの噛合いにより、下段ギヤにコースティング・トルクが負荷されると、カム溝６９の斜面によりニュートラル方向へ移動するスラスト分力を得ることができる。具体的な変速アクションについては後記する。
［シフト・アップ］
　図１５は、シフト・アップ時トランス・ミションの４速ギヤ噛み合いを示す概略図、図１６は、シフト・アップ時トランス・ミションの４速クラッチ・リングの離脱待機の位置を示す概略図、図１７は、５速に変速終了時の概略図、図１８は、シフト・ダウン時、4速5速がニュートラルであることを示す概略図である。

　ここでは、説明を簡単にするため、４速（下段）から５速（上段）へのシフト・アップを主に説明する。他の段のシフト・アップも同様である。図中、ドライブ方向の矢印は、メイン・シャフト３を図上右から見て反時計回りに回転することを示す。

　（４速→５速）
　図１５～図１８にシフト・アップ時の動きを示す。図１５の４速のクラッチ歯２５aにはドライブ・トルクが付加されているため前記したようにクラッチ・リング６３は斜面Fの作用により図１６のように離脱待機位置となる。つまり４速位置にあるクラッチ・リング６３の突起７５はカム溝６９の斜面に位置することとなる。このときシフト・ドラム１１９の回転により５速へのシフト・アップ操作が行われると、シフト溝１２３が働き、シフト・アーム１１５、シフト・ロッド１０７、シフト・フォーク８５を介してクラッチ・リング６１が操作される。この操作によりクラッチ・リング６１が５速ギヤ２７に噛み合い、４速ギヤ２５及び５速ギヤ２７が同時噛合いとなる。

　このときエンジン出力トルクの如何に係らず同時噛み合いによる機構的必然による内部循環トルクにより４速側にはコースティング・トルク、５速側にはドライブ・トルクが発生する。このトルクがカム溝６９、６７の斜面の作用で４速位置にあるクラッチ・リング６３には図右側ニュートラル方向、５速位置のクラッチ・リング６１には図右側噛み合いを深める方向のスラストが発生し、それぞれのクラッチ・リング６３、６１を所定の位置に移動し、図１７に示すように５速へのシフト・アップを終了させる。

　本発明実施例の特徴は、クラッチ・リング５９、６１、６３が軸方向へ移動するとき、カム溝６５、６７、６９の斜面の作用で、メイン・シャフト３またはカウンタ・シャフト５と同回転するカム・リング５３、５５、５７に対して相対的に下段側のクラッチ・リング５９、６１、６３は回転が遅れ、上段側のクラッチ・リング５９、６１、６３は回転が先行する。このような状況で回転する下段と上段との歯車のクラッチ歯１９ａ、２１ａ、２３ａ、２５ａ、２７ａ、２９ａの相対速度をなくしダブル噛み合いを許容すると共に、シンクロ作用を発生し変速ショックを緩和する。
［エンジンブレーキが働いているときのシフト・アップ］
　エンジンブレーキが作用しているときシフト・アップすると、４速位置にあるクラッチ・リング６３は待機位置に位置しない状態で変速が行われる。このときシフト・アップ操作によりクラッチ・リング６１が５速ギヤ２７に噛み合い、４速に更なるコースティング・トルクが働くが、４速位置のクラッチ・リング６３は離脱待機位置に無いため、ニュートラル方向へのスラスト分力は発生しない。

　しかし、（１）エンジンブレーキ時のコースティング・トルクは加速時のトルクに比べ絶対値が小さく、噛み合いクラッチに働く摩擦力は小さい。（２）５速位置のクラッチ・リング６１はカム溝６７の斜面作用で強力なスラスト分力が発生する。

　このスラストが５速位置のシフト・フォーク８５、シフト・ロッド１０７、シフト・ドラム１１９を経て、４速位置のシフト・ロッド１０９、シフト・フォーク８７へと伝達され、４速位置のクラッチ・リング６３を図右側のニュートラル方向へ駆動する。従って、このような場合でもシフト・アップへの支障は生じない。

　またドライブ・トルクが働いている場合であっても、斜面Fがない場合、クラッチ・リング６３は離脱待機位置に位置しない。しかし、この場合であっても、上記５速位置のシフト機構からの力の伝達により、強制的にニュートラル方向へクラッチ・リング６３を移動できる。

　このため斜面Fは本発明に必須のものではなく、変速をよりスムースにするためのものである。

　また、本実施例はシフト・ドラム１１９のシフト溝１２０、１２１、１２３、１２５（円筒カム）によりシフト操作するが、平面カム、または各シフト・ロッドを制御された油圧や電動モータ、空気圧等で駆動しても本発明は成立する。
［シフト・ダウン　５速→４速］
　減速時は加速時のような、シームレス・シフトの必要性は無い。減速は主にブレーキにより受け持たれ、エンジンからの出力は基本的に関係しないから、エンジンからの駆動トルクやエンジンブレーキトルクが途切れても問題ないためである。このため通常のマニアルトランス・ミションと同じように、まず上段の５速位置にあるクラッチ・リング６１を図1８に示すニュートラルに移動させ動力を遮断し、次にクラッチ・リング６３を４速ギヤ２５を噛み合わせることでシフト・ダウンする。

　以上で、図１５の噛み合い状態となる。

　このように本実施例はシフト・アップとシフト・ダウンで、噛み合い移行の形態が異なることを特徴とする。これは、上段と下段のシフト・リング６１、６３が独立しているためと円筒カム１１９のシフト溝１２５、１２３の連携形状による。

　［シフト・アップ　４速→５速］
　以下このようにシフト・アップとシフト・ダウンとで変速形態を異ならせる機構について図１９により説明する。図１９は、シフト・アップ、シフト・ダウンのときのドラム溝の作動説明である。

　図１５に示す４速時、シフト・アーム１１７及びシフト・アーム１１５は、図１９に示す位置１１５aおよび位置１１７aにある。シフト・ドラム１１９がシフト・アップのため図手前側へ上から下へ回転すると、シフト溝１２３の斜面１２３aによりシフト・アーム１１５が位置１１５b１から、１１５b２、１１５ｃへと移動する。このときダブル噛み合いが生じシフト・アーム１１７は、位置１１７b１位置からカム・リング５７のカム溝６９の斜面の働きで、位置１１７２に自動的に移動しニュートラルとなる。更にシフト・ドラム１１９の回転で位置１１７Cに移行する。以上で４速から５速へのシフト・アップは終了する。
［シフト・ダウン　５速→４速］
　５速でクラッチが噛み合っているとき、シフト・フォーク１１７はチェック部１３３により図２に示すようにニュートラル位置に保持されている。シフト・ドラム１１９が回転し、シフト溝１２５がシフト・アーム１１７に対し、図１９の位置１１７ｂ２にあって軸方向の遊びがあっても、上記チェック部１３３によりシフト・アーム１１７は位置１１７ｂ２においてニュートラルに保持される。

　一方、シフト・アーム１１５は位置１１５ｃから、位置１１５ｂ1に移行し４速、５速とも図１８に示すようにニュートラルとなる。

　更にシフト・ドラム１１９が回転するとシフト・フォーク１１７は、位置１１７ｂ2から位置１１７aに移行しクラッチ・リング６３が４速ギヤ２５のクラッチ歯２５ａと噛み合い、図１５のようにシフト・ダウンが完了する。
［変速ショック緩和メカニズム］
　かかるトランス・ミッション１００３の変速制御及び前記発進クラッチ制御による変速ショック緩和のメカニズムをさらに具体的に説明する。この場合、説明を簡単にするため、４速→５速へのシフト・アップ時について説明する。

　4速側にシフトされているとき、4速ギヤ２５とメイン・シャフト３とは等速で回転している。また、５速ギヤ２７はメイン・シャフト３より遅く回転している。

　通常の変速機の場合、この状態で、急激に5速にシフト・アップすると、５速ギヤ２７はメイン・シャフト３と瞬時に同一回転となり、巨大な角加速度が生じ、衝撃トルクが発生する。

　一方、本願発明実施例が前提とするシームレス・シフトのトランス・ミッション１００３では、かかる衝撃トルクは発生しない。

　すなわち、シフト・アップのためにシフト・フォーク８５を介してクラッチ・リング６１が、図中右方向に操作され、同時にシフト・リング９１がシフト・フォーク８７よりに左方向に操作される。このため４速側の突起７５の移動速度とカム溝６９の屈曲形状の斜面効果とにより、メイン・シャフト３と結合しているカム溝６９側をより速く回転させる。このため４速ギヤ２５の回転は、メイン・シャフト３の回転よりも相対的に遅くなり、５速ギヤ２７の回転により近づくことになる。

　一方、５速側の突起７３の回転数はカム溝６７により減速し、突起７３と同一回転する５速ギヤ２７の回転速度は、４速ギヤ２５の回転により近づくことになる。以上の作用によりシンクロ効果が発生することは、上記した通りである。

　さらに、４速側のクラッチ・リング６３が移動し続けると、クラッチ・リング６３の突起７５はカム溝６９の平坦部に移動するとともに4速のかみ合いが外れ、５速側のクラッチ・リング６３が完全に噛合い、５速ギヤ２７の回転はメイン・シャフト３の回転と同一となり変速は終了する。

　以上のように突起７３、７５と屈曲形状のカム溝６７、６９の斜面とによるシンクロ作用、及び突起７３、７５とカム溝６７、６９との摺動摩擦により、変速ショックを吸収しスムーズな変速が可能となる。

　しかし、このような、いわゆるシームレス・シフトのトランス・ミッション１００３においても、変速初期に変速ショックは多少残存する。特にエンジン回転数が高く変速前後のエンジン回転数差が大きいと、カム溝６５、６７、６９と突起７１、７３、７５とのシンクロ機能においても、変速ショックが大きくなる可能性が有る。

　すなわち、４速ギヤ２５でドライブしているときには、ギヤ比により５速ギヤ２７は、メイン・シャフト３よりも早く回転している。この状態から変速により５速ギヤ２７側の変速動作が始まると、ドライブ・トルクにより５速側の突起７３がカム溝６７の凹曲面側に押し付けられ、５速ギヤ２７とクラッチ・リング６１とは、図１４（ａ）と同様な関係から図１４（ｂ）と同様な関係へ瞬時に移行する。

　このため、５速側の突起７３がカム溝６７の凹曲面側に押し付けられるときに衝突力が発生し、変速ショックとなる。この衝突によるショックは、カム溝６７による突起７３の滑らかなガイド及び摩擦力により概ね直ちに吸収されるが、カム溝６７及び突起７３によるシンクロ機能への遷移時に瞬時のショックとしては残存する。

　そこで、上記変速制御及び発進クラッチ制御を行う構成とした。

　ここで、メイン・シャフト３の駆動力を瞬間的に抜くと突起７３がカム溝６７の凹面側に衝突してもメイン・シャフト３に駆動力が存在しないことからショックの発生は殆ど無く、大きく抑制されることになる。

　しかし、単に駆動力を抜いてしまうとカム溝６７の凹面側に対する突起７３の押し付け力がなくなり、カム溝６７の凹面側による突起７３の摩擦力を伴ったガイドの開始タイミングが瞬間的に遅れ、トルクの途切れを招くことになる。

　そこで、変速直前の４速時に、発進クラッチ１００５が滑り始めるまでクラッチ加圧力クを緩めると、それ以上のトルクは伝達できなくなるため、シンクロ作用が、多少不足していても、ショックトルクは発生せず、よりスムーズな変速が可能となる。

　そして、変速完了後にメイン・シャフト３を発進クラッチ１００５の１００％結合によりクランク・シャフト１０１５に結合すれば、一連の変速操作は終了する。

　また、変速段に応じた発進クラッチ１０１５の滑り速度差の極めて小さい状況で発進クラッチ１００５の結合を完了させることができ、ショックの小さな、トルクの途切れが殆ど無い、円滑な変速を行わせることができる。

　このような、作用は、他の段１速→２速、２速→３速、３速→４速、５速→６速のシフト・アップにおいても同様であり、変速段に応じてカム溝及び突起によるシンクロ機能を適正に働かせるように発進クラッチの滑り速度を制御できる。

１００１　変速制御システム
１００３　トランス・ミション
１００５　発進クラッチ
１００７　コントローラ（制御部）
１００９　シフト・アクチュエータ
１０１１　クラッチ・アクチュエータ
１０２５　イン・プット回転速度センサ
１０２７　アウト・プット回転速度センサ
３　メイン・シャフト（駆動力伝達軸）
５　カウンタ・シャフト（駆動力伝達軸）
１９　１速ギヤ（変速ギヤ）
２１　２速ギヤ（変速ギヤ）
２３　３速ギヤ（変速ギヤ）
２５　４速ギヤ（変速ギヤ）
２７　５速ギヤ（変速ギヤ）
２９　６速ギヤ（変速ギヤ）
４７　第１の噛合いクラッチ
４９　第２の噛合いクラッチ
５１　第３の噛合いクラッチ
５９、６１、６３　クラッチ・リング
Ｇ　ガイド部

Claims

　駆動力を伝達しながら噛合いクラッチの切り替えにより変速する変速制御システムであって、
　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、
　駆動力伝達軸に相対回転自在に支持された複数段の変速ギヤの各噛合いクラッチが駆動力伝達状態下で選択的に切り替えられて前記発進クラッチからの伝達出力を変速出力するトランス・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シフト指示信号により切り替えるシフト・アクチュエータと、
　前記発進クラッチの入力回転速度を検出するイン・プット回転速度センサ及び出力回転速度を検出するアウト・プット回転速度センサと、
　前記シフト指示信号の入力により前記クラッチ・アクチュエータを制御して前記発進クラッチの締結力を低下させ前記検出される発進クラッチの入出力回転速度に差が生じた時点で前記シフト・アクチュエータにより前記噛合いクラッチの選択的な切り替えを行わせる制御部と、
　を備えた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、
　前記制御部は、前記クラッチ・アクチュエータによる発進クラッチの締結力を低下開始から前記シフト・アクチュエータによる噛合いクラッチの切り替え開始までの間を０秒を上回る１秒未満で行う、
　ことを特徴とする変速制御システム。
　請求項1又は２記載の変速制御システムであって、
　前記制御部は、前記発進クラッチの入出力回転速度に差が生じた時点で前記クラッチ・アクチュエータの制御を前記切り替えが完了するまで固定する、
　ことを特徴とする変速制御システム。
　請求項1～３の何れか1項記載の変速制御システムであって、
　前記噛合いクラッチは、前記駆動力伝達軸に軸方向移動可能に複数備えられ軸方向の両サイドに２速以上はなれて前記変速ギヤがそれぞれ配置され各両サイドの何れかの変速ギヤと選択的に噛み合って前記駆動出力軸に結合させるクラッチ・リングを備え、
　前記シフト・アクチュエータは、前記クラッチ・リングの前記変速ギヤに対する選択的な噛み合いを切り替え、
　前記下段と上段との変速ギヤに前記何れか一対のクラッチ・リングが各別に同時噛合いしたとき前記下段と上段との変速ギヤに噛合い方向と噛合い解除方向との異なる方向の軸力を各別に生じさせるガイド部を前記各クラッチ・リングと前記駆動力伝達軸との間に設けた、
　ことを特徴とする変速制御システム。