(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料スロットルが制御されるエンジン(E) と、入力軸(16)及び車両駆動ホィールを駆動する出力軸(90)を備えた多段速度チェンジギヤ機械式変速機(10)と、エンジン及び変速機間に駆動的に介在しているマスター摩擦クラッチ(C) と、変速機入力軸(16)の回転速度を表す第１入力信号を発生する第１センサ(98)と、車両速度を表す第２入力信号を発生する第２センサ(100) と、エンジントルクを表す入力信号を発生する第３センサ(DL)と、変速機のシフトを制御するための変速機アクチュエータ(112、70、96) とを有する、少なくとも一部自動化された車両用機械式チェンジギヤ変速装置の選択されたシフト実行を制御する制御方法であって、
現在の連結歯車比から目標歯車比へのシフトの望ましさを決定し、
少なくとも(i) 現在のエンジントルク及び(ii)現在の車両加速度を表す前記入力信号の関数として、現在の車両作動状態において駆動ホィールへのエンジントルクがゼロの時の予想車両加速度 (Ａ0)を決定し、
(i) 現在の車両作動状態において駆動ホィールへのエンジントルクがゼロの時の予想車両加速度 (Ａ0)、(ii)選択された目標歯車比及び(iii) 入力軸予想加速率の関数として、選択されたシフトを実行した場合に目標歯車比の連結を行うためのほぼ同期した状態を達成することが実現可能か不可能かを決定し、
目標歯車比の連結を行うためのほぼ同期した状態を達成することが実現可能であると決定された時だけ選択シフトを開始させる、各工程とを有していることを特徴とする制御方法。
【請求項２】
現在の車両作動状態において駆動ホィールへのエンジントルクがゼロの時の予想車両加速度を決定する工程は、
現在の歯車比にある間に、エンジントルクを第１トルク値（Ｔ1)から第２トルク値（Ｔ2)に変化させ、
前記第１及び第２エンジントルク値の両方での車両加速度（Ａ1,Ａ2)を決定する工程を有していることを特徴とする請求項１の制御方法。
【請求項３】
エンジントルク値の変化は、前記第１トルク値の約10％以下であり、約１秒間以下の期間であることを特徴とする請求項２の制御方法。
【請求項４】
燃料スロットルが制御されるエンジン(E) と、入力軸(16)及び車両駆動ホィールを駆動する出力軸(90)を備えた多段速度チェンジギヤ機械式変速機(10)と、エンジン及び変速機間に駆動的に介在しているマスター摩擦クラッチ(C) と、変速機入力軸(16)の回転速度を表す第１入力信号を発生する第１センサ(98)と、車両速度を表す第２入力信号を発生する第２センサ(100) と、エンジントルクを表す入力信号を発生する第３センサ(DL)と、変速機のシフトを制御するための変速機アクチュエータ(112、70、96) とを有する、少なくとも一部自動化された車両用機械式チェンジギヤ変速装置の選択されたシフト実行を制御する制御装置であって、
現在の連結歯車比から目標歯車比へのシフトの望ましさを決定する手段と、
少なくとも(i) 現在のエンジントルク及び(ii)現在の車両加速度を表す前記入力信号の関数として、現在の車両作動状態において駆動ホィールへのエンジントルクがゼロの時の予想車両加速度 (Ａ0)を決定する手段と、
(i) 現在の車両作動状態において駆動ホィールへのエンジントルクがゼロの時の予想車両加速度 (Ａ0)、(ii)選択された目標歯車比及び(iii) 入力軸予想加速率の関数として、選択されたシフトを実行した場合に目標歯車比の連結を行うためのほぼ同期した状態を達成することが実現可能か不可能かを決定する手段と、
目標歯車比の連結を行うためのほぼ同期した状態を達成することが実現可能であると決定された時だけ選択シフトを開始させる手段とを有していることを特徴とする制御装置。
【請求項５】
現在の車両作動状態において駆動ホィールへのエンジントルクがゼロの時の予想車両加速度を決定する前記手段は、
現在の連結歯車比にある間に、エンジントルクを第１トルク値（Ｔ1)から第２トルク値（Ｔ2)に変化させる手段と、前記第１及び第２エンジントルク値の両方での車両加速度（Ａ1,Ａ2)を決定する手段とを有していることを特徴とする請求項４の制御装置。
【請求項６】
エンジントルク値の変化は、前記第１トルク値の約10％以下であり、約１秒間以下の期間であることを特徴とする請求項５の制御装置。
【請求項７】
燃料スロットルが制御されるエンジン(E) と、入力軸(16)及び車両駆動ホィールを駆動する出力軸(90)を備えた多段速度チェンジギヤ機械式変速機(10)と、エンジン及び変速機間に駆動的に介在しているマスター摩擦クラッチ(C) と、変速機入力軸(16)の回転速度を表す第１入力信号を発生する第１センサ(98)と、車両速度を表す第２入力信号を発生する第２センサ(100) と、現在のエンジントルクを表す入力信号を発生する第３センサ(DL)と、マスタークラッチが連結し、変速機がニュートラルへシフトしている状態でエンジンへの燃料供給を停止した時の変速機入力軸の予想減速率を表すデータを記憶する手段と、変速機のシフト動作を制御するための非手動制御式変速機アクチュエータ(112、70、96) とを有する、少なくとも一部自動化された車両用機械式チェンジギヤ変速装置の自動的に選択されたアップシフトの実行を制御する制御方法であって、
現在の連結歯車比から目標歯車比へのアップシフトが選択された時、
少なくとも(i) 現在のエンジントルク (Ｔ）及び(ii)現在の車両加速度（Ａ）の関数として、現在の車両作動状態において変速機がニュートラルへシフトした時の予想車両加速度 (Ａ0)を決定し、
少なくとも(i) 現在の車両作動状態において変速機がニュートラルへシフトした時の予想車両加速度 (Ａ0)、(ii)選択された目標歯車比及び(iii) マスタークラッチが連結し、変速機がニュートラルへシフトしている状態でエンジンへの燃料供給を停止した時の変速機入力軸の予想減速率の関数として、選択されたアップシフトを開始した場合に目標歯車比のジョークラッチ連結を行うためのほぼ同期した状態を達成することが実現可能か不可能かを決定し、
前記ほぼ同期した状態を達成することが実現可能であると決定された時だけ選択アップシフトを開始させる、各工程を有していることを特徴とする制御方法。
【請求項８】
車両速度を表す入力信号は、出力軸(90)の回転速度を表す信号であることを特徴とする請求項７の制御方法。
【請求項９】
現在の車両作動状態において予想車両加速度を決定する工程は、
エンジントルクを第１トルク値（Ｔ1)から第２トルク値（Ｔ2)に変化させ、
前記第１及び第２エンジントルク値の両方での車両加速度（Ａ1,Ａ2)を決定する工程を有していることを特徴とする請求項７の制御方法。
【請求項１０】
エンジントルク値の変化は、第１トルク値の約10％ほどあり、約１秒間ほどの期間であることを特徴とする請求項９の制御方法。
【請求項１１】
予想車両加速度 (Ａ0)は、Ａ1 が第１エンジントルク値（Ｔ1)での車両加速度を表す値、Ｔ1 が既知の第１エンジントルク値、Ｗが車両総重量を表す値、Ｃが定数である時、式：
Ａ1 −  Ｔ1 ／ＣＷ
の関数として決定されることを特徴とする請求項７の制御方法。
【請求項１２】
前記予想車両加速度 (Ａ0)は、Ａ1 が第１エンジントルク値（Ｔ1)での車両加速度を表す値、Ｔ1 が既知の第１エンジントルク値、Ｗが車両総重量を表す値、Ｃが定数である時、式：
Ａ1 −  Ｔ1 ／ＣＷ
の関数として決定されることを特徴とする請求項９の制御方法。
【請求項１３】
式ＣＷの値は、Ａ2 が第２エンジントルク値（Ｔ2)での車両加速度を表す値、Ｔ2 がＴ1 とは等しくない既知の第２エンジントルク値である時、式：
(Ｔ1 −Ｔ2)/(Ａ1 −Ａ2)
の関数として決定されることを特徴とする請求項12の制御方法。
【請求項１４】
燃料スロットルが制御されるエンジン(E) と、入力軸(16)及び車両駆動ホィールを駆動する出力軸(90)を備えた多段速度チェンジギヤ機械式変速機(10)と、エンジン及び変速機間に駆動的に介在しているマスター摩擦クラッチ(C) と、変速機入力軸(16)の回転速度を表す第１入力信号を発生する第１センサ(98)と、車両速度を表す第２入力信号を発生する第２センサ(100) と、現在のエンジントルクを表す入力信号を発生する第３センサ(DL)と、マスタークラッチが連結し、変速機がニュートラルへシフトしている状態でエンジンへの燃料供給を停止した時の変速機入力軸の予想減速率を表すデータを記憶する手段と、変速機のシフト動作を制御するための非手動制御式変速機アクチュエータ(112、70、96) とを有する、少なくとも一部自動化された車両用機械式チェンジギヤ変速装置の自動的に選択されたアップシフトの実行を制御する制御装置であって、
現在の連結歯車比から目標歯車比へのアップシフトが選択された時、
少なくとも(i) 現在のエンジントルク（Ｔ）及び(ii)現在の車両加速度（Ａ）の関数として、現在の車両作動状態において変速機がニュートラルへシフトした時の予想車両加速度 (Ａ0)を決定する手段と、
少なくとも(i) 現在の車両作動状態において変速機がニュートラルへシフトした時の予想車両加速度 (Ａ0)、(ii)選択された目標歯車比及び(iii) マスタークラッチが連結し、変速機がニュートラルへシフトしている状態でエンジンへの燃料供給を停止した時の変速機入力軸の予想減速率の関数として、選択されたアップシフトを開始した場合に目標歯車比のジョークラッチ連結を行うためのほぼ同期した状態を達成することが実現可能か不可能かを決定する手段と、
前記ほぼ同期した状態を達成することが実現可能であると決定された時だけ選択アップシフトを開始させる手段と、
を有していることを特徴とする制御装置。
【請求項１５】
車両速度を表す入力信号は、出力軸(90)の回転速度を表す信号であることを特徴とする請求項14の制御方法。
【請求項１６】
現在の車両作動状態において予想車両加速度を決定する手段は、
エンジントルクを第１トルク値（Ｔ1)から第２トルク値（Ｔ2)に変化させる手段と、前記第１及び第２エンジントルク値の両方での車両加速度（Ａ1,Ａ2)を決定する手段とを有していることを特徴とする請求項14の制御装置。
【請求項１７】
エンジントルク値の変化は、第１トルク値の約10％以下であり、約１秒間以下の期間であることを特徴とする請求項16の制御装置。
【請求項１８】
前記予想車両加速度 (Ａ0)は、Ａ1 が第１エンジントルク値（Ｔ1)での車両加速度を表す値、Ｔ1 が既知の第１エンジントルク値、Ｗが車両総重量を表す値、Ｃが定数である時、式：
Ａ1 −  Ｔ1 ／ＣＷ
の関数として決定されることを特徴とする請求項14の制御装置。
【請求項１９】
前記予想車両加速度 (Ａ0)は、Ａ1 が第１エンジントルク値（Ｔ1)での車両加速度を表す値、Ｔ1 が既知の第１エンジントルク値、Ｗが車両総重量を表す値、Ｃが定数である時、式：
Ａ1 −  Ｔ1 ／ＣＷ
の関数として決定されることを特徴とする請求項16の制御装置。
【請求項２０】
式ＣＷの値は、Ａ2 が第２エンジントルク値（Ｔ2)での車両加速度を表す値、Ｔ2 がＴ1 とは等しくない既知の第２エンジントルク値である時、式：
(Ｔ1 −Ｔ2)/(Ａ1 −Ａ2)
の関数として決定されることを特徴とする請求項19の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、少なくとも一部自動化されている車両機械式変速装置のシフト動作を制御するための制御方法及び装置に関するものである。特に、本発明は、選択されたアップシフトをうまく完了できる確率を現在の車両作動状態に基づいて評価して、実現可能なシフトだけを開始するようにした機械式自動変速機用のシフト制御方法／装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
重量形トラック等の重量形車両及び自動車の両方に対して、スロットルの開度すなわち位置、変速機軸速度、車両速度、エンジン速度等を感知し、それらに従って車両変速機を自動的にシフトする全自動変速装置が従来から公知である。そのような全自動チェンジギヤ変速装置には、加圧流体を利用して１つまたは複数の部材を他の部材または地面と摩擦係合させることによって選択歯車比が得られるようにした自動変速機と共に、電子、油圧及び／または空気圧論理及びアクチュエータを用いて機械式（すなわち確動）クラッチの連結及び切り離しを行うことによって所望の歯車比が得られるようにした自動機械式変速機が含まれる。そのような変速機の例が、米国特許第3,961,546 号、第4,081,065 号及び第4,361,060 号に示されており、それらの特許の開示内容は参考として本説明に含まれる。
【０００３】
そのような全自動チェンジギヤ変速機は、特に一般的に大量には販売されていない最大重量形車両用では容認し難いほどに高価になり得る。また、加圧流体及び／またはトルクコンバータを用いたこれらの自動チェンジギヤ変速機は、それらの入力軸及び出力軸間で動力が散逸するために比較的非効率的になりがちである。
【０００４】
エンジン燃料供給量、スロットル位置、エンジン、入力軸、出力軸及び／または車両の各速度を感知して、自動制御された燃料スロットル装置、歯車シフト装置及び／またはマスタークラッチ作動装置を用いることによって運転者による手動選択歯車比の変更をほぼ全自動式に実行する電子制御装置を用いた半自動変速装置が従来から公知である。そのような半自動機械式変速装置の例として、米国特許第4,425,620 号、第4,631,679 号及び第4,648,290 号があり、それらの開示内容は参考として本説明に含まれる。
【０００５】
そのような半自動機械式変速装置は、全自動変速装置よりは幾分低価格であること、低速作動の場合には手動クラッチ制御が可能であること、及び／または連結歯車比の自動選択が不必要であることから非常によく受け入れられているが、比較的多数のセンサ及び自動制御可能なアクチュエータ、例えばマスタークラッチ及び／または燃料スロットル装置アクチュエータの用意、設置及び維持が必要であるので、用途によっては費用が掛かりすぎることがある。
【０００６】
一部自動化変速装置の変更形では、手動だけで制御されるエンジンスロットル手段及び／または手動だけで制御されるマスタークラッチを備えた車両に用いられる機械式変速装置のための半自動シフト実行装置／方法を用いる。この装置は一般的に、半自動的に実施されるべきシフトが自動的に事前選択される少なくとも１つの作動モードを備えており、比の変更または自動的事前選択モードでの作動を運転者が選択できるようにし、またアップシフト、ダウンシフトまたはニュートラルへのシフトの自動的事前選択の表示を行うための制御／表示パネルまたは制御盤を設けている。変速機入力及び出力軸速度を表す入力信号を受け取って、それらを所定の論理規則に従って処理することによって、(i) 同期状態が存在するか、(ii)自動事前選択モードでは現在の連結歯車比からのアップシフトまたはダウンシフトが必要であるかを決定して、コマンド出力信号を変速機アクチュエータへ送ってそれがコマンド出力信号に従って変速機をシフトさせることができるようにする電子制御装置（ＥＣＵ）が設けられている。
【０００７】
一定の状態では、予期されない及び／または望ましくないシフトを避けるために、自動事前選択シフトの事前選択及び／または実行が禁止される。運転者がシフト禁止手段を解除できるようにする手段、例えば手動でクラッチペダルを押圧する等の手段を設けることが好ましい。自動的に事前選択されたシフトの実行を禁止すべき状態には、比較的高速または比較的低速の車両速度、車両ブレーキ及び／またはリターダの作動、及び／または燃料スロットルがアイドル位置にある状態が含まれる。
【０００８】
制御／表示装置によって、変速機の現在の状態と共に選択されているがまだ実行されていないシフトが表示され、また好ましくは運転者が高い段側の比、低い段側の比またはニュートラルへのシフトを手動で選択／事前選択することができるようにする。制御装置は、手動または自動で事前選択されたシフトを取り消すことができることが好ましい。
【０００９】
この一般形式の変速機は、米国特許第5,050,079 号、第5,053,959 号、第5,053,961 号、第5,053,962 号、第5,063,511 号、第5,081,588 号、第5,089,962 号及び第5,089,965 号に開示されており、それらの開示内容は参考として本説明に含まれる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記の自動及び／または一部自動シフト実行形車両用機械式変速装置はそれの意図に合わせた用途には適しているが、車両の作動状態によって完了できない試験的シフトがたびたび開始されるため、全面的には満足できない。これは特に、自動クラッチアクチュエータ及び／または入力軸ブレーキを備えていない機械式変速装置のアップシフトで問題となるものであり、従って入力軸の減速が入力軸ブレーキ等を利用しないでエンジンの通常減衰率に制限される。
【００１１】
このような事情に鑑みて従来技術の欠点を最小限に抑えるか解決するために、本発明は、現在の連結歯車比から目標歯車比へのアップシフトが自動または手動で選択されたことを感知した時、現在感知された車両の作動状態に基づいて、選択されたシフトが実現可能であるかを決定して、実現可能なシフトだけを開始させる、少なくとも一部自動化された車両用機械式変速装置のためのシフト制御方法／装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、
現在の連結歯車比から目標歯車比へのシフトの望ましさを決定し、
少なくとも(i) 現在のエンジントルク及び(ii)現在の車両加速度を表す前記入力信号の関数として、現在の車両作動状態において駆動ホィールへのエンジントルクがゼロの時の予想車両加速度 (Ａ0)を決定し、
(i) 現在の車両作動状態において駆動ホィールへのエンジントルクがゼロの時の予想車両加速度 (Ａ0)、(ii)選択された目標歯車比及び(iii) 入力軸予想加速率の関数として、選択されたシフトを実行した場合に目標歯車比の連結を行うためのほぼ同期した状態を達成することが実現可能か不可能かを決定し、
目標歯車比の連結を行うためのほぼ同期した状態を達成することが実現可能であると決定された時だけ選択シフトを開始させる、各工程とを有していることを特徴とする。
【００１３】
【作用】
一部の不完全自動化機械式変速装置（自動マスタークラッチ制御装置及び／または入力軸ブレーキを備えていない変速装置等）は、一定の条件下では（すなわち登坂時、ローギヤシフト時等）開始した一部のシフトを完了できないと批判されている。
【００１４】
しかし、変速装置はあらゆる条件下において全部のシフトを実行できる必要はない。完了できないシフトを開始しないと判断できる能力が必要なだけである。本発明によれば、シフトの開始前に変速機制御装置がシフト可能性について簡単な受動テストを行う。このテストでは、運転者が気づかない程度にスロットル量をわずかに瞬間的に変化させて、その反応を観察する。反応に基づいて、シフト実現可能性が判断され、実現不可能なアップシフトの要求は変更または取り消しが行われる。
【００１５】
合計車両重量ＣＶＷが大きく変動する車両においてこれを達成するため、現在の連結歯車比から目標歯車比（一般的にエンジン燃料供給量、スロットル位置、エンジン速度、車両速度及び／または現在の連結歯車比の関数として）へのアップシフトが選択された時、自動的にエンジンの燃料供給量を短時間だけわずかに減少（約10％）させ、車両加速度の変化を感知し、トルク中断シフト過渡時に対する車両の反動を予測し、目標歯車比へのシフト過渡中の予想車両速度を決定し、この値を提案のシフト過渡中の予想エンジン速度（入力軸速度に等しい）と比較して、提案のシフトが実現可能であるか、すなわちおおよその同期状態が得られるかを決定するシフト制御装置が与えられている。
【００１６】
提案のシフト（一般的にアップシフト）が実現可能でない場合、シフト要求が変更（すなわちスキップシフト要求を単段シフトに変更）されるか、所定時間（例えば10秒間）は取り消される。
【００１７】
バス、自走クレーン等のほぼ一定の総重量（ＧＣＷ）の車両の場合、エンジントルクまたはエンジントルクを表すパラメータを感知する、SAE （自動車技術者協会） J 1922 プロトコルに定義されているような電子データリンクを車両が装備していると仮定して、現在の連結歯車比から目標歯車比へのアップシフトが望まれていると決定された時、現在のエンジントルク及び車両速度を感知し、それからコントローラがゼロトルク時（すなわちシフト過渡時）の車両減速度を予測することができる。次に、上記の論理を用いて提案のシフトが実現可能であるかを決定する処理に進む。
【００１８】
従って、選択された変速シフトを一部自動的に実行する少なくとも一部自動化された車両用機械式変速装置用の、事前選択状態下では選択されたが実現不可能とみなされたシフト、一般的にアップシフトの開始を禁止することができる。
【００１９】
【実施例】
本発明の上記及び他の目的及び利点は、添付の図面を参照した好適な実施例の詳細な説明を読めば明らかになるであろう。
【００２０】
以下の説明において、便宜上一定の用語を用いるが、それらは参考にすぎず、制限的なものではない。「上方」「下方」「右方向」及び「左方向」は、参照している図面上での方向を示している。「前方」及び「後方」は、それぞれ従来通りに車両に取り付けた時の変速機の前及び後端部を示しており、図１において変速機の左側及び右側である。「内向き」及び「外向き」は、装置または指定部品の構造中心に対してそれぞれ向かう方向及び離れる方向を示している。以上の定義は、上記用語及びその派生語及び類似語に適用される。
【００２１】
「複式変速機」は、多段前進速度主変速部と多段速度補助変速部とを直列に接続して、主変速部で選択された歯車減速比をさらに補助変速部で選択された歯車減速比と組み合わせることができるようにした変速またはチェンジギヤ伝達装置を表すために用いられている。「同期クラッチアセンブリ」及び同様な意味の言葉は、クラッチの部材がほぼ同期回転するまでそのクラッチの連結が試みられないかみ合いクラッチによって選択歯車を軸に非回転式に連結するために用いられるクラッチアセンブリを示している。比較的大きい容量の摩擦手段がクラッチ手段と共に用いられて、クラッチ連結の開始時にクラッチ部材及びそれと共転するすべての部材をほぼ同期速度で回転させることができるようにしている。
【００２２】
ここで使用されている「アップシフト」は、低速歯車比から高速歯車比へのシフト動作のことである。ここで使用されている「ダウンシフト」は、高速歯車比から低速歯車比へのシフト動作のことである。ここで使用されている「低速歯車」、「ロー歯車」及び／または「第１歯車」はすべて、変速機または変速部の最低前進速度作動に用いられる歯車比、すなわち変速機の入力軸に対して最高の減速比を有する歯車組のことである。
【００２３】
シフト動作の「選択方向」は、特定の歯車比からの単段または多段アップシフトまたはダウンシフトの選択に関するものである。
【００２４】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の自動事前選択モードを備えた半自動機械式変速装置によって一部自動化された形式のレンジ形複式変速機10を示している。複式変速機10は、多段速度主変速部12をレンジ形補助部14と直列に接続して構成されている。変速機10は、ハウジングＨ内に収容されており、常時連結しているが選択的に切り離される摩擦マスタークラッチＣを介してディーゼルエンジンＥ等の原動機によって駆動される入力軸16を設けており、マスタークラッチＣの入力すなわち駆動部18はエンジンクランク軸20に駆動連結され、従動部22は変速機入力軸16に回転可能に固着されている。
【００２５】
エンジンＥは、好ましくは電子的に燃料スロットル制御され、SAE J 1922プロトコルに定義されている形式の電子データリンクＤＬに連結されており、マスタークラッチＣはクラッチペダル（図示せず）等によって手動操作される。従来から公知のように、クラッチペダルの手動でのオーバートラベル押圧によって作動する入力軸ブレーキ（図示せず）を設けることによって手動アップシフトの迅速化を図ることができる。
【００２６】
機械式変速機10に類似した変速機は公知であって、米国特許第3,105,395 号、第3,283,613 号及び第4,754,665 号を参照すれば理解されるであろう。これらの特許の開示内容は参考として本説明に含まれる。
【００２７】
図示の形式の一部自動化された車両用機械式変速装置は、上記米国特許第5,050,079 号、第5,053,959 号、第5,053,961 号、第5,053,962 号、第5,063,511 号及び第5,089,965 号を参照すればわかるであろう。
【００２８】
本発明の制御方法／装置はクラッチアクチュエータまたは入力軸ブレーキを備えていない自動化機械式変速装置に特に有用性があるが、本発明がそのような用途に制限されることはない。
【００２９】
主変速部12では、入力軸16に入力歯車24が取り付けられて、複数のほぼ同一の副軸アセンブリ26及び26Ａをほぼ同一回転速度で同時に駆動できるようになっている。２つのほぼ同一の副軸アセンブリは、入力軸16にほぼ同軸的に整合している主軸28の直径方向に向き合う両側に配置されている。副軸アセンブリの各々は、一部分だけが概略的に図示されているハウジングＨ内に軸受32及び34によって支持されている副軸30を有している。副軸の各々には、同一群の副軸歯車38、40、42、44、46及び48がそれと共転可能に固着されている。複数の主軸歯車50、52、54、56及び58が主軸28を取り囲むように設けられており、公知のように滑りクラッチカラー60、62及び64によって一度に１つが主軸28に選択的にクラッチ連結されてそれと共転できるようになっている。クラッチカラー60はまた、入力歯車24を主軸28にクラッチ連結して入力軸16と主軸28との間を直結するためにも使用できる。
【００３０】
一般的に、クラッチカラー60、62及び64は、公知のようにシフトハウジングアセンブリ70に連動したシフトフォークによって軸方向に位置決めされる。クラッチカラー60、62及び64は、公知の非同期複動作動形ジョークラッチ形式にすることができる。
【００３１】
シフトハウジングすなわちアクチュエータ70は、圧縮空気等の圧縮流体によって作動され、米国特許第4,445,393 号、第4,555,959 号、第4,361,060 号、第4,722,237 号、第4,873,881 号、第4,928,544 号及び第2,931,237 号を参照すれば明らかになる制御装置によって自動的に制御可能な形式のものであって、これらの特許の開示内容は参考として本説明に含まれる。
【００３２】
主軸歯車58は後進歯車であって、従来形の中間アイドラ歯車（図示せず）を介して副軸歯車48と継続的に噛み合っている。また、主変速部12には５段階の選択可能な前進速度比が設けられているが、最も低い前進速度比、すなわち主軸駆動歯車56を主軸28に駆動連結することによって得られる速度比は減速比が非常に高いため、厳しい状態での車両の始動だけに使用され、高い変速レンジでは一般的に使用されないローまたは「クリーパ」歯車と見なす必要がある場合が多いことにも注意されたい。従って、主変速部12には５段階前進速度が設けられているが、前進速度の４つだけが併用の補助レンジ変速部14と組み合わされるので、一般的には「４＋１」主部と呼ばれている。
【００３３】
ジョークラッチ60、62及び64は３位置クラッチであって、アクチュエータ70によって図示の中央非連結位置、最右側連結位置または最左側連結位置に位置決めされる。公知のように、クラッチ60、62及び64の１つだけが一度に連結可能であって、その他のクラッチをニュートラル状態にロックするために主部インターロック手段（図示せず）が設けられている。
【００３４】
補助変速レンジ部14には２つのほぼ同一の補助副軸アセンブリ74及び74Ａが設けられており、その各々は、ハウジングＨ内の軸受78及び80によって支持されている補助副軸76を有しており、それに２つの補助部副軸歯車82及び84がそれと共転可能に支持されている。補助部副軸歯車82は、レンジ／出力歯車86と常時噛み合ってそれを支持しているのに対して、補助部副軸歯車84は出力歯車88と常時噛み合っている。
【００３５】
シフトフォーク（図示せず）及びレンジ部シフトアクチュエータアセンブリ96によって軸方向に位置決めされる２位置同期ジョークラッチアセンブリ92が設けられて、複式変速機10の直接または高レンジ作動用に歯車86を主軸28に、あるいは低レンジ作動用に歯車88を出力軸90にクラッチ連結できるようになっている。複式レンジ形変速機10の「シフトパターン」が図２に概略的に示されている。
レンジ部アクチュエータ96は、米国特許第3,648,546 号、第4,440,037 号及び第4,614,126 号に記載されている形式のものでよく、それらの開示内容は参考として本説明に含まれる。
【００３６】
レンジ形補助部14は、直歯またはらせん形の歯車を用いた２速部として図示されているが、３つ以上の選択可能なレンジ比及び／または遊星形歯車を備えたスプリッタ／レンジ結合形補助部を用いたレンジ形変速機にも本発明を適用できることを理解されたい。また、クラッチ60、62及び64のいずれか１つまたは複数を同期ジョークラッチ形にし、また変速部12及び／または14を単一副軸形にすることもできる。
【００３７】
自動事前選択作動モードを設けて変速機10の半自動シフト実行作動を行うため、入力軸速度センサ及び出力軸速度センサ100 が用いられている。出力軸速度センサ100 の代わりに、補助部副軸歯車82の回転速度を感知するセンサ102 を用いることもできる。歯車82の回転速度は、もちろん主軸28の回転速度の既知関数であり、またクラッチ92が既知位置に連結している場合には、出力軸90の回転速度の関数である。
【００３８】
本発明の機械式変速装置のための自動事前選択及び半自動シフト実行制御装置104 が図３に概略的に示されている。上記の機械式変速装置10に加えて、制御装置104 には入力軸速度センサ98、出力軸速度センサ100 （または主軸速度センサ102 ）及び運転者操作盤108 から、さらにスロットルペダルＰ位置センサ152 から、データリンクＤＬを介してエンジンＥから入力信号を受け取る電子制御装置106 、好ましくはマイクロプロセッサベースのものが含まれる。ＥＣＵ106 は補助部位置センサ110 からも入力を受け取ることができる。
【００３９】
ＥＣＵは、参考として開示内容が本説明に含まれる米国特許第4,595,986 号に記載されている形式のものでよい。ＥＣＵは所定の論理規則に従って入力を処理して、主部アクチュエータ70及び補助部アクチュエータ96を制御するソレノイドマニホルド112 等の変速機オペレータや運転者操作盤108 へ、またデータリンクＤＬを介してエンジンＥへコマンド出力信号を送る。
【００４０】
好適な実施例では、運転者操作盤によって運転者は現在の連結歯車比からある方向のシフトまたはニュートラルへのシフトを手動で選択するか、半自動事前選択作動モードを選択することができ、現在の作動モード（シフト動作の自動または手動事前選択）、現在の変速機作動状態（前進、後進またはニュートラル）及び事前選択されているがまだ実行されていない歯車比変更すなわちシフト（アップシフト、ダウンシフトまたはニュートラルへのシフト）を運転者に知らせる表示が行なわれる。
【００４１】
操作盤108 には３つの表示ライト114 、116 及び118 が設けられており、それらが点灯することによって変速機10がそれぞれ前進駆動、ニュートラルまたは後進駆動状態にあることを表示する。操作盤にはさらに、運転者がアップシフト、自動事前選択モードまたはダウンシフトを選択できるようにする、選択的に点灯する３つの押しボタン120 、122 及び124 も設けられている。押しボタン126 によってニュートラルへのシフトを選択することができる。
【００４２】
ボタン120 、122 、124 または126 のいずれか１つを押圧することによって選択を行うことができ、ボタンを再度押圧することによって（ボタン120 、124 及び126 の場合には実行前に）取り消されるようにしてもよい。あるいは、スキップシフト用のコマンドとしてボタン120 及び124 を複数回押圧するように使用してもよい。もちろん、ボタン及び照明付きボタンを他の選択手段、例えばトグルスイッチ及び／またはトグルスイッチ及びライトまたは他の表示部材に代えることもできる。後進の選択用に個別のボタンまたはスイッチを設けてもよいが、ニュートラルからのダウンシフトとして後進を選択してもよい。また、ニュートラルは後進からのアップシフトまたはローからのダウンシフトとして選択することができる。
【００４３】
作用を説明すると、手動でアップシフトまたはダウンシフトを選択するためには、運転者が適当なボタン120 または124 を押圧する。すると、選択されたボタンは、選択されたシフトが実行されるまで、または選択が取り消されるまで点灯する。
【００４４】
あるいは、あるエンジン速度（例えば1700RPM 以上）でアップシフトボタンが点灯して、ボタンを押圧してアップシフトが選択されるまで点灯し続けるようにしてもよい。
【００４５】
選択されたシフトを実行するためには、アクチュエータ70を付勢して主変速部12をニュートラルにシフトさせることができるようにマニホルド112 が事前選択される。これは、運転者またはＥＣＵコントローラが手動で瞬間的にエンジンへの燃料供給量を増減させること及び／またはマスタークラッチＣを手動または自動的に切り離すことによってトルクを反転させることによって達成される。変速機がニュートラルへシフトし、ニュートラルがＥＣＵによって確認される（ニュートラルが所定時間、例えば1.5 秒間感知される）と、ニュートラル状態表示ボタン116 が点灯する。選択したシフトが複式シフトである場合、すなわち主部12及びレンジ部14の両方のシフト、例えば図２において第４速から第５速へのシフトである場合、ＥＣＵは、ニュートラルがフロントボックス内で感知された後に補助部アクチュエータ96がレンジシフトを完了できるようにするコマンド出力信号をマニホルド112 へ送る。
【００４６】
レンジ補助部が適当な比に連結した時、ＥＣＵは感知された出力軸（車両）速度及び連結すべき比に基づいて入力軸速度の使用可能範囲または帯域を計算もしくは他の方法で決定して更新し続け、これによって連結すべき比の許容できる同期連結が得られる。運転者またはＥＣＵがスロットル操作によって入力軸速度を許容範囲内まで低下させた時、ＥＣＵ106 はアクチュエータ70が連結すべき主部比を連結できるようにするコマンド出力信号をマニホルド112 に送る。
【００４７】
照明付き押しボタン122 を用いて選択された自動事前選択作動モードでは、ＥＣＵは、記憶されている論理規則、現在の連結歯車比（これは入力軸速度を出力軸速度と比較することによって計算できる）出力軸または車両速度及び／またはスロットルペダル位置に基づいて、アップシフトまたはダウンシフトが必要かを決定して、それを事前選択する。アップシフトまたはダウンシフトが事前選択されて半自動的に実行されることが、照明付き押しボタン120 または照明付き押しボタン124 を点滅させるＥＣＵ106 からのコマンド出力信号及び／または可聴シフト警報信号によって運転者に知らされる。運転者は、上記のような自動事前選択シフトの半自動実行を開始するか、押しボタン122 を押圧して自動モード及びそれによって事前選択されたシフトを取り消すことができる。
【００４８】
車両の作動状態によっては、自動的または手動で選択されたシフトが完了できない場合がある。これらの状態には一般的に、車両の積み荷が重い時及び／または泥道、急坂の登り及び／または強い向かい風の中等の大きい抵抗を受けながら走行している時のアップシフトが含まれる。アップシフトを完了するためにほぼ同期した状態を得るため、入力軸10の速度（マスタークラッチを連結した時のエンジンＥの速度にほぼ等しい）を出力軸90の速度（車両速度に正比例している）に目標歯車比を掛けた値にほぼ等しくなるまで減少させなければならない。自動クラッチアクチュエータ及び入力軸ブレーキが設けられていないため、入力軸の速度はエンジン速度の減衰率で減速する。
【００４９】
参考図として図示された自動化機械式変速装置のアップシフトのシーケンスが図６にグラフで示されている。この参考図は、自動化機械式変速装置のアップシフトにおける実現可能及び実現不可能な試行シフトの両方をグラフ化して説明する図であり、線200 は、アップシフト点202 以前の車両（出力軸）及びエンジン（入力軸）の回転速度を表している。エンジンへの燃料供給が停止すると、エンジン速度が線204 で示されている一定の割合（しかし必ずしも直線的でない）で減速して、やがてアイドル速度206 に達する。出力軸90の速度に目標歯車比を掛けて得られる値が、入力軸／エンジンの必要同期速度であるが、車両の移動に対する抵抗がそれぞれ小さい場合及び大きい場合を表す線208 及び210 で示されている。図面からわかるように、小さい抵抗状態（線208)では、同期が点212 で得られ、選択されたアップシフトが実現可能であるが、大きい抵抗状態（線210)ではほぼ同期した状態が発生しないので、選択されたアップシフトは実現不可能である。
【００５０】
重量形トラックの一般的なディーゼルエンジンでは、エンジン／入力軸減衰率が約 300〜800RPMであり、エンジン及び車両の減速率はほぼ直線的になるであろう。
【００５１】
本発明のアップシフト制御方法／装置によれば、選択されたアップシフトについて実現可能か不可能かを決定する評価がその開始前に行われ、実現不可能な選択は変更されるか、取り消される。本発明の制御装置／方法によるアップシフトシーケンスが図５にフローチャートで概略的に説明されている。
【００５２】
総重量（ＧＣＷ）すなわち車両、燃料、（あれば）積み荷、（あれば）乗客及び運転者の合計重量が大きく変動する車両の場合、以上を達成するための手順は以下の通りである。アップシフト（単段またはスキップ）が装置コントローラによって選択されたことが感知されると、ＥＣＵはエンジンへの燃料供給量を瞬間的にわずかに減少させることによってエンジントルクの既知の瞬間微量減少を発生させるコマンドをデータリンクＤＬで送り出す。例えば、エンジントルクの10％を１秒間以内で減少させれば十分であり、運転者にはわからない（気づかない）であろう。この間の車両（出力軸）加速度の変化を感知する。この情報から、ゼロ駆動系トルクで車両加速度（一般的に減速度）がどうなるか、すなわち線208 または210 の傾斜を装置が決定できる。この情報と、エンジン速度、作動温度等に伴って変化するエンジンの減衰率すなわち線204 の傾斜の現在値または学習値に基づいて、ＥＣＵは現在の車両作動状態で装置が提案のシフトをうまく完了できるかどうかを決定する。この情報に基づいて、制御装置は(i) 提案のシフトを実行するためのコマンド信号を発生するか、(ii)提案のシフトを変更させる（一般的にスキップアップシフトよりもむしろ単段アップシフトを命令する）か、(iii) 所定時間（例えば約10秒間）はシフト要求を取り消し／禁止することができる。
【００５３】
要約すると、ゼロトルクでの車両の加速度はほぼ次の関係で表される。
【００５４】
Ａo トルク  ＝   Ａi   −  （Ｔi/ＣＷ）
但し、Ａi   ＝  エンジントルクｉでの車両加速度
Ｃ   ＝  定数
Ｔi   ＝  ｉに設定したエンジントルク
Ｗ   ＝  車両総重量
車両総重量Ｗ及び定数Ｃの値は、エンジントルクの瞬間減少中に車両加速度の対応変化を決定することによって決定される。
【００５５】
上記関係から次の式が得られる。
【００５６】
Ｔ  ＝  Ｃ1 Ｗ＋Ｃ2 Ｖ2 ＋Ｃ3 ＧＷ＋Ｃ4 Ｗ／ｇ（Ａ）
但し、Ｔ  ＝  エンジントルク
Ｗ  ＝  車両総重量
Ｖ  ＝  車両速度
Ｇ  ＝  勾配に比例した係数
Ａ  ＝  現在の加速度
Ｃi ＝ 駆動列及び連結歯車比に関連した定数であり、さらに
Ｃi Ｗ は、転がり抵抗に打ち勝つために駆動ホィールに送られるエンジントルクを表し、
Ｃ2 Ｖ2 は、空力抵抗に打ち勝つために駆動ホィールに送られるエンジントルクを表し、
Ｃ3ＧＷは、登坂抵抗に打ち勝つために駆動ホィールに送られるエンジントルクを表し、
Ｃ4(Ｗ／ｇ）Ａは、加速度Ａを得るために駆動ホィールに送られるエンジントルクを表している。
【００５７】
エンジントルクのＴ1 からＴ2 への変化は次のように表される。
【００５８】
Ｔ1 −Ｔ2 ＝Ｃ1(Ｗ−Ｗ) ＋Ｃ2(Ｖ21−Ｖ22）＋Ｃ3 Ｇ（Ｗ−Ｗ）
＋Ｃ4(Ｗ／ｇ)(Ａ1 −Ａ2)
Ｗ−Ｗ＝０、Ｖ21−Ｖ22＝０（Ｖ1 はＶ2 にほぼ等しい）、Ｃ＝Ｃ4 ／ｇであることを考えると、上記関係は次のように書き換えられる。
【００５９】
Ｔ1 −Ｔ2 ＝ＣＷ (Ａ1 −Ａ2)、または
（Ｔ1 −Ｔ2 ）／ (Ａ1 −Ａ2)  ＝  ＣＷ
Ｔ2 をゼロトルクに設定すると、
Ｔ1   ＝  ＣＷ（Ａ1 −Ａ0 ）
Ｔ1   ＝  ＣＷＡ1 −ＣＷＡ0
Ａ0   ＝  （ＣＷＡ1 −Ｔ1 ）／（ＣＷ）
バスのように車両総重量が既知のほぼ一定値である場合、ＣＷの値を事前決定して記憶することができ、このため現在のエンジントルク（Ｔ1)及び車両加速度（Ａ1)を感知してＡ0 ＝Ａ1 −（Ｔ1 ／ＣＷ）を解くことによって、現在の作動状態でのゼロトルクでの車両減速度を決定することができる。
【００６０】
変更形の運転者制御及び表示盤130 が図４に示されている。ジョイスティック132 がその中心位置から弾性バイアスに抵抗しながら移動して、図示のようにそれぞれ上下左右への移動によってアップシフト、ダウンシフト、ニュートラルへのシフトまたは自動事前選択モードを選択することができる。表示ライト134 及び136 が点灯することによって、それぞれアップシフトまたはダウンシフトが事前選択されたことを表示できる。表示ライト138 及び140 が点灯することによって、それぞれ車両の前進または後進作動モードが表示される。表示ライト142 は、安定的に点灯することによって変速機のニュートラル状態を表示し、点滅することによって事前選択されているがまだ確認されていないニュートラル状態を表示する。表示ライト144 が点灯することによって、装置104 が自動事前選択作動モードで作動中であることが表示される。
【００６１】
従って、変速機シフトアクチュエータ(112/70/96) 、電子エンジン制御装置及びデータリンクＤＬと２つの速度入力を車両用機械式変速装置に加えるだけでよい自動化機械式変速装置用の比較的簡単で低価格のシフト実行制御装置／方法が提供されていることがわかるであろう。これらの２つの速度入力とエンジンデータリンク及び運転者操作盤からの入力とを受け取って、コマンド出力信号をエンジン、アクチュエータ及び運転者操作盤の表示部へ送る電子制御装置106 も設けられている。この装置は、手動または自動的に事前選択されたシフトの現在の車両作動状態における実現可能性を自動的に評価して、そのような提案のシフトを実行させるか、変更または取り消させる。
【００６２】
以上に本発明をある程度詳細に説明してきたが、本発明の精神の範囲内において形式及び詳細に様々な変更を加えることができることを理解されたい。
【００６３】
【発明の効果】
本発明のアップシフト制御方法／装置によれば、現在の車両作動状態において目標歯車比への選択されたアップシフトが実現可能か不可能かを決定して、実現不可能な選択アップシフトの開始を禁止するので、そのシフトの実行を開始前に評価でき、現在の車両作動状態に合わせて選択されたアップシフト動作を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置によって一部自動化された車両用機械式変速装置の概略図である。
【図２】図１の変速機のシフトパターンの概略図である。
【図３】本発明の機械式変速装置のための自動事前選択及び半自動シフト実行装置の概略図である。
【図４】図３の装置のための変更形操作盤の概略図である。
【図５】本発明の制御方法のフローチャートである。
【図６】
実現可能及び実現不可能な試行シフトの両方を説明するアップシフト事象をグラフ化して示す参考図である。
【符号の説明】
10  多段チェンジギヤ変速機
16  変速機入力軸
70  主部アクチュエータ
90  変速機出力軸
96  補助部アクチュエータ
98  入力軸速度センサ
100   出力軸速度センサ
106   電子制御装置
112   ソレノイドマニホルド
120、124、132   押しボタン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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