(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シフト操作時にチェンジレバーのシフト操作力を検知するシフト操作力検出手段と、
上記チェンジレバーに伝動部材を介して連結された変速機のシフト軸と、
上記チェンジレバーからシフト軸にいたる適宜のシフト系部材に作動的に連結されてシフト操作位置を検知する位置センサと、
上記シフト軸に作動的に連結され上記チェンジレバーのシフト操作に応答して上記シフト軸を回転させることにより上記シフト操作力をアシストする電動モータと、
上記シフト操作力検出手段により検知されたシフト操作力に応じて上記電動モータに供給すべきアシスト電流を設定するアシスト電流算出部、上記位置センサにより検知されたシフト操作の緩急に基づき、シフト操作の初期時にシフト操作の加速度を検出して加速電流を設定する加速電流算出部、及び上記アシスト電流と加速電流とを加算した電流を上記電動モータに供給すべきモータ駆動回路を備えたモータ駆動制御手段と、
を具備したことを特徴とする変速機のシフト操作装置。
【請求項２】
上記加速電流をＩとし、上記電動モータの慣性モーメントをＪ、同電動モータのトルク定数をＫｔ、上記シフト操作の加速度をαとしたとき、Ｉ＝（Ｊ／Ｋｔ）×αに設定し、上記加速電流を上記シフト操作の緩急に応じて複数のシフト操作パターンに対応して設定したことを特徴とする請求項１記載の変速機のシフト操作装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トラック等の車両における変速機のチェンジレバーのシフト操作装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トラック等車両の変速機においては、運転席近傍に配設されたチェンジレバーを運転者がセレクト及びシフト方向に操作し、このチェンジレバーの変位をケーブル或いはロッド等の伝動部材を介して変速機のセレクト制御部材及びシフト制御部材に伝達し、所望の変速操作を行なうようにした所謂マニュアルトランスミッションが広く採用されている。この種の変速機操作装置では、一般に、チェンジレバーのセレクト操作に必要な操作力は小さく運転者の負担は軽いが、シフト操作に必要な操作力は相対的に可成大きく、運転者の疲労が大きいので、主として安全運転確保の観点から、運転者のシフト操作力を軽減する種々の動力援力装置即ちパワーアシスト装置が既に提案されている。
【０００３】
上記従来のパワーアシスト装置には、車載バッテリをエネルギー源とする電動モータを設け、同電動モータの駆動力によりシフト操作力をアシストし軽減するようにした装置が、例えば特許第２９８７１２１号明細書等に開示されている。（以下場合により、既提案の装置という）
上記既提案の装置では、運転者がチェンジレバーをシフト操作したのち、このシフト操作に応答して電動モータが起動し、アシスト力を生起するまでに、電動モータの慣性に基づく時間遅れが発生するので、この時間中は電動モータが運転者のシフト操作力に対する負荷となり、引きずり感が発生する。引きずり感は、運転者が周辺の交通事情等により、大きな操作力で急速にチェンジレバーをシフト操作したときに特に大きく、このため操作感が著しく損なわれるが、シフト操作が緩やかに行なわれた場合は、相対的に小さい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、運転者がチェンジレバーをシフト操作する際の操作力を軽減するアシスト力を生起する電動モータを備えた上記既提案の装置を含む電動式パワーアシスト装置の欠点を解消して、運転者がチェンジレバーを大きな操作力で急速にシフト操作した場合でも、電動モータの慣性に基づいて引ずり感を極めて効果的に低減して、シフト操作のフィーリングを大幅に向上することができる変速機のシフト操作装置を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために創案されたもので、シフト操作時にチェンジレバーのシフト操作力を検知するシフト操作力検出手段と、上記チェンジレバーに伝動部材を介して連結された変速機のシフト軸と、上記チェンジレバーからシフト軸にいたる適宜のシフト系部材に作動的に連結されてシフト操作位置を検知する位置センサと、上記シフト軸に作動的に連結され上記チェンジレバーのシフト操作に応答して上記シフト軸を回転させることにより上記シフト操作力をアシストする電動モータと、上記シフト操作力検出手段により検知されたシフト操作力に応じて上記電動モータに供給すべきアシスト電流を設定するアシスト電流算出部、上記位置センサにより検知されたシフト操作の緩急に基づき、シフト操作の初期時にシフト操作の加速度を検出して加速電流を設定する加速電流算出部、及び上記アシスト電流と加速電流とを加算した電流を上記電動モータに供給すべきモータ駆動回路を備えたモータ駆動制御手段とを具備したことを特徴とする変速機のシフト操作装置を提案するものである。
本発明において、上記加速電流をＩとし、上記電動モータの慣性モーメントをＪ、同電動モータのトルク定数をＫｔ、上記シフト操作の加速度をαとしたとき、Ｉ＝（Ｊ／Ｋｔ）×αに設定し、上記加速電流を上記シフト操作の緩急に応じて複数のシフト操作パターンに対応して設定することが好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の好ましい実施形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。先ず、図１はトラック等の変速機におけるシフト操作系を概念的に示し、符号１０は車室内の運転席近傍に配設され運転者によって枢軸１２の回りに回動操作されるチェンジレバー、１４は同チェンジレバー１０に取付けられ、運転者のシフト操作力を検知するシフト操作力検出手段であって、歪ゲージ、ポテンシオメータ等が適宜採用される。１６は変速機に設けられたシフト軸であって、自身の軸線の回りの回動によりスライディングレバー１８及びジョー２０を介してシンクロスリーブ２２を備えたシフトレール２４を軸線方向に変位させることによつて所望の変速段が達成されるように構成されている。
【０００７】
上記シフト軸１６には、クロスシャフトレバー２６の一端が固着され、同クロスシャフトレバー２６の他端は、連結ロッド２８を介して反転レバー３０の一端に枢着されている。同反転レバー３０はその中間部分を支持軸３２に回転自在に支持されると共に、他端には上記チェンジレバー１０に連結されたシフトケーブル又はロッド等の駆動部材３４が枢着されている。技術上良く知られているように、チェンジレバー１０には変速機のセレクト操作を行なうセレクトケーブル又はロッド等のセレクト用駆動部材が連結され、同セレクト用駆動部材は変速機のセレクトレバー等セレクト操作部材に連結されているが、本発明は、前述したように、運転者の所要操作力が大きいシフト操作系に関し、セレクト操作系とは直接関係がないので、後者についての図示説明は省略されている。また、上記シフトレール２４は、変速機の変速段数に応じ複数個並設され、上記セレクト操作により何れかのシフトレール２４が選択されるようになっているが、図ではその一個のみが示されている。
【０００８】
又上記シフト軸１６には、アシストレバー３６の一端が固着され、同アシストレバー３６の他端に設けた長孔に、総括的に符号３８で示したアシスト装置の出力端が枢着連結されている。アシスト装置３８は、減速装置付の可逆転電動モータ４０と同電動モータ４０の回転運動を直線運動に変換するボールねじ４２を備えている。さらに、シフト軸１６には、センサアーム４４の一端が固着され、同センサアーム４４の他端には連結ロッド４６を介し位置センサ４８の入力腕５０が枢着されている。上記位置センサ４８は上記連結ロッド４６を介してシフト軸１６の回転角位置を検知し、ひいては、スライディングレバー１８及びジョー２０を介してシフトレール２４の軸線方向の変位即ちシフト操作位置を検知するものであり、ポテンシオメータ等シフト操作位置に応じた信号を出力する装置が適宜採用される。
【０００９】
車室内における運転席前方にクラッチペダル５２が配設され、同クラッチペダル５２にはクラッチスイッチ５４が設けられていて、運転者によりクラッチペダル５２が踏込まれたとき、上記クラッチスイツチ５４から上記電動モータ４０の駆動を制御するモータ駆動制御手段としてのコントロールユニット５６に信号が供給される。また、同コントロールユニット５６には、上記チェンジレバー１０に設けられたシフト操作力検出手段１４の出力信号及びシフト操作位置を検出する位置センサ４８の出力信号が供給され、かつ内蔵する駆動回路を介して上記電動モータ４０に駆動出力を供給する。
【００１０】
車両の走行中、運転者が変速操作を行なう際に、クラッチペダル５２を踏込んでエンジンから変速機への動力の伝達を遮断したのち、チェンジレバー１０を先ずニュートラルにしセレクトまたはシフト操作することによって所望の変速段が達成される。相対的に大きな操作力を必要とする上記シフト操作に当り、運転者がチェンジレバー１０を枢軸１２の回りに一方向、例えば反時計方向に回動させると、駆動部材３４を介して反転レバー３０が支持軸３２の回りを時計方向に回動し、連結ロッド２８及びクロスシャフトレバー２６を介してシフト軸１６が自身の軸線の回りに時計方向に回動する。（即ちケーブル等の駆動部材３４、反転レバー３０及び連結ロッド２８によりチェンジレバー１０とシフト軸１６とを作動的に連結する伝動部材が形成される。）上記シフト軸１６の回転によりスライディングレバー１８及びジヨー２０を介してシフトレール２４が図中左方に駆動されて所望の変速段が得られるのであるが、上記クラッチペダル５２の踏込み操作がクラッチスイッチ５４により検知されてコントロールユニット５６に入力され、同コントロールユニット５６から後に詳細に説明する態様で上記アシスト装置３８の電動モータ４０に駆動出力が供給される。電動モータ４０の回転がボールねじ４２により直線運動に変換されてアシストレバー３６を上記シフト軸１６の回転方向と同方向に回動させ、上記チェンジレバー１０をシフト操作する運転者の所要操作力を軽減する所謂アシスト力が生起されることとなり、運転者の疲労が軽減されることとなる。
【００１１】
さて、上記変速操作時に運転者が行なうチェンジレバー１０のシフト操作は、交通事情等により緩急種々の操作速度で行なわれる。図３は横軸に時間（ｓｅｃ）をとり、縦軸にチェンジレバー１０のシフト操作力検出手段１４により検知されるシフト操作力即ちチェンジレバー１０の入力荷重（Ｎ）をとって、図中実線Ｓ１で速い操作時を、一点鎖線Ｓ２で通常程度の操作時を、また点線Ｓ３で緩やかな操作を行なう三つのシフト操作入力パターンを示す。何れのシフト操作パターンＳ１〜Ｓ３もシフト操作開始直後の入力荷重が大きく、時間の経過と共に各々略一定値となるが、操作速度が大きい程、入力荷重の立上りが急峻で、かつ入力荷重のレベルが高い。従って、上記アシスト装置３８のアシスト力は、運転者がチェンジレバー１０を急速にシフト操作しシフト操作力が大きい場合には大きく、相対的に緩やかに操作しシフト操作力が小さい場合は相応して小さく設定されることが適当である。
【００１２】
次に図４は、図１に示したシフト操作装置において、上記アシスト装置３８が出力して欲しいアシスト力を概念的に示したものである。図中ｎ１は、中立位置から或る変速段にシフト操作を行なう所謂ギヤ入れ時のチェンジレバー１０におけるシフト操作力即ち入力荷重と、その際に望ましいアシスト装置３８のアシスト力即ち電動モータ４０に供給されるべきアシスト電流に相応するアシスト力指令値との関係を示し、また図中ｎ２は、変速機が或る変速手段にシフト操作されている状態からチェンジレバー１０を中立位置に向い操作する所謂ギヤ抜き時におけるシフト操作力と、その際に望ましいアシスト装置３８のアシスト力（アシスト力指令値）との関係を示す。図から明らかなように、ギヤ入れ時の所要アシスト力ｎ１は、ギヤ抜き時の所要アシスト力ｎ２に較べて著しく大きく、従ってアシスト装置３８の電動モータ４０の容量、出力等の特性は、ギヤ入れ時に十分なアシスト力を生起し得るように設定される。
【００１３】
上記のようなアシスト装置３８を備えたシフト操作装置において、アシスト装置３８の効果を図３に示した３種のシフト操作パターンＳ１、Ｓ２及びＳ３の夫々について調べた結果が、図５ないし図７に示されている。図５に示されているように、運転者がチェンジレバー１０を操作する際に速いシフト操作Ｓ１を行なった場合（アシスト装置３８は備えていない）と、アシスト装置３８が図４のｎ１に示すアシスト力を生起するようなアシスト電流が上記コントロールユニット５６から電動モータ４０に供給された場合のシフト操作力Ｓ１Ａとを対比すると、シフト操作開始の直後に図中斜線を施して示した部分Ｂ１で示されているように、却って操作力が増大し、その後は時間の経過と共にアシスト装置３８のアシスト力が寄与して運転者の操作力が低減することが確認された。上記部分Ｂ１の存在は、アシスト装置３８の電動モータ４０の慣性が大きく、同電動モータ４０に供給された電流が最初始動用に消費されて、電動モータ４０の加速が遅れ、初期にはアシスト効果より寧ろ負荷として作用していることを示すものであり、運転者は、上記Ｂ１部分の面積に相当する操作抵抗を受けるので、不快な引ずり感を感受する不具合がある。
【００１４】
次に、図６は運転者が図３の通常速さのシフト操作Ｓ２を行なった場合（アシスト装置３８は設けられていない）と、アシスト装置３８が図４のｎ１に示すアシスト力を生起するようなアシスト電流が上記コントロールユニット５６から電動モータ４０に供給された場合のシフト操作力Ｓ２Ａとを対比して示したものである。図中に斜線を施した部分Ｂ２で示されているように、シフト操作開始の直後に却って操作力が増大し、その後は時間の経過と共にアシスト装置３８のアシスト力が寄与して運転者の操作力が低減することが認められた。上記部分Ｂ２の面積は、速いシフト操作の場合の部分Ｂ１よりは十分小さいが、運転者にとってなお可成りの引ずり感を免れない。
【００１５】
さらに、図７は運転者が図３の緩やかなシフト操作Ｓ３を行った場合（アシスト装置３８は設けられていない）と、アシスト装置３８が図４のｎ１に示すアシスト力を生起するような電流がコントロールユニット５６から電動モータ４０に供給された場合のシフト操作力Ｓ３Ａとを対比して示したものである。図中に斜線を施した部分Ｂ３で示されているように、シフト操作開始の直後にアシスト力なしのシフト操作力Ｓ３より却って操作力が増大し、その後は時間の経過と共にアシスト装置３８のアシスト力が寄与して運転者の操作力が低減することが認められた。上記部分Ｂ３の面積は速いシフト操作の場合の部分Ｂ１よりは著しく小さいが、敏感な運転者は僅かな違和感を感ずる。
【００１６】
上記電動モータ４０を有するアシスト装置３８を備えたシフト操作装置の問題点を解決するために、本発明では、通常のアシスト電流に加えて図８に示したような特別の加速電流を、アシスト装置３８の作動の初期にコントロールユニット５６によって電動モータ４０に供給する。図中、実線で示した曲線Ｓ１Ｘは、運転者が速いシフト操作を行なった場合に加えられる加速電流、一点鎖線で示した曲線Ｓ２Ｘは、運転者が通常程度の速度でシフト操作を行なった場合に加えられる加速電流、点線で示した曲線Ｓ３Ｘは、緩やかなゆっくりとしたシフト操作を行なった場合に加えられる加速電流である。これらの加速電流Ｓ１Ｘ、Ｓ２Ｘ及びＳ３Ｘは、上記位置センサ４８によって検知されるシフト操作位置の変化から、シフト操作の加速度を検出しこれに基づいて算出設定される。
【００１７】
好ましい加速電流の設定手法として、加速電流をＩ、電動モータ４０の慣性モーメントをＪ、同電動モータ４０のトルク定数をＫｔ、上記位置センサ４８の出力から操作位置を算出し、さらに操作位置の時間的変化から算出されるシフト操作の加速度をαとしたとき、Ｉ＝（Ｊ／Ｋｔ）×αなる式に基づき加速電流を設定することが望ましい。上式により算定される加速電流は、シフト操作の加速度に応じて算出されるため、図８の曲線Ｓ１Ｘ、Ｓ２Ｘ、Ｓ３Ｘに示されているように、時間の経過に伴ない指数函数的に減少する電流値となる。
【００１８】
図２は上記コントロールユニット５６の概念的構成を示すブロック図である。コントロールユニット５６は、クラッチペダル５２が踏込まれクラッチスイッチ５４が閉成されることによりシフト操作開始と判断する。シフト操作力検出手段１４で検知されたシフト操作力を表わす信号がコントロールユニット５６内のアシスト電流算出部５８に供給され、同アシスト電流算出部５８では、図４においてギヤ入れ時のアシスト力指令値ｎ１に示されているように、入力荷重が或る大きさに達する迄は、入力荷重に対し比例的に増大し、その後は電動モータ４０の最大電流許容値等によって設定される実質的に略一定の最大電流量即ち略一定のアシスト力指令値となる。
【００１９】
一方、コントロールユニット５６には位置センサ４８のシフト操作位置に関する信号が加速電流算出部６０に供給される。同加速電流算出部６０では、位置センサ４８の入力信号の変化からシフト操作の加速度が演算されて図８に示したような加速電流Ｓ１Ｘ、Ｓ２Ｘ又はＳ３Ｘが算出され、上記アシスト電流算出部５８で算出されたアシスト電流指令値と加速電流算出部６０で算出された加速電流指令値とが加算部６２で加算されてモータ駆動回路６４に供給される。モータ駆動回路６４から電動モータ４０に、従来の同種装置で供給されていた通常のギヤ入れシフト操作をアシストするアシスト電流ｎ１に特別の加速電流を加えた電流が供給され特にシフト操作開始の直後に、従来より著しく大きい電流が供給されることとなる。
【００２０】
この結果、単にアシスト電流のみを電動モータ４０に供給する従来のシフト操作装置において運転者が速いシフト操作を行なった場合を示す図５のシフト操作力Ｓ１Ａに対応して、同様に運転者が速いシフト操作を行ない、かつアシスト電流と加速電流とを加算した電流を電動モータ４０に供給した場合を示す図９のシフト操作力Ｓ１Ｂとの比較から明らかなように、シフト操作力Ｓ１Ｂでは、主として電動モータ４０の慣性に起因して引ずり感を生起するシフト操作直後の操作力増加部分Ｂ１′（図中斜線を施して示した部分）が大幅に減少し、引ずり感の大きさを表わすＢ１′部分の面積が、図５におけるＢ１部分の面積に較べ、約８２％減少し、引ずり感が大幅に低減することが確認された。
【００２１】
また、運転者が通常速さのシフト操作を行ない、かつアシスト電流と加速電流とを加算した電流を電動モータ４０に供給した場合を示す図１０のシフト操作力Ｓ２Ｂ、及び運転者が緩やかなシフト操作を行ない、かつアシスト電流と加速電流とを加算した電流を電動モータ４０に供給した場合を示す図１１のシフト操作力Ｓ３Ｂでは、夫々引ずり感を示すシフト操作開始直後の操作力増加部分が前者で約９６％、後者で約９９％減少し、図示することが困難なほど低減することが認められた。
【００２２】
上記本発明の実施形態において、図８に示した加速電流Ｓ１Ｘ〜Ｓ３Ｘは、夫々代表的に設定した３つのシフト操作パターンに対応するものであり、実際には、運転者のシフト操作パターンは、交通事情や個人差により種々変化するので、加速電流も同様にシフト操作力に応じて無段階に変化するものとすることができる。また本発明は、その特許請求の範囲内で種々の変更、修正を加え実施することができる。例えば、位置センサ４８は、チェンジレバー１０からシフト軸１６にいたるシフト操作系の任意の部材に作動的に連結することができ、またアシスト装置３８は、例示した電動モータ４０とボールねじ４２との組合せではなく、電動モータ４０の回転を揺動腕の回動変位に変換してシフト軸１６等シフト操作系部材にアシスト力を供給するように変更することができる。
【００２３】
叙上のように、本発明に係る変速機のシフト操作装置は、シフト操作時にチェンジレバーのシフト操作力を検知するシフト操作力検出手段と、上記チェンジレバーに伝動部材を介し連結された変速機のシフト軸と、上記チェンジレバーからシフト軸にいたる適宜のシフト系部材に作動的に連結されてシフト操作位置を検知する位置センサと、上記シフト軸に作動的に連結され上記チェンジレバーのシフト操作に応答して上記シフト軸を回転させることにより上記シフト操作力をアシストする電動モータと、上記シフト操作力検出手段により検知されたシフト操作力に応じ上記電動モータに供給すべきアシスト電流を設定するアシスト電流算出部、上記位置センサにより検知されたシフト操作位置の変化に基づきシフト操作の加速度を検出して加速電流を設定する加速電流算出部、及び上記アシスト電流と加速電流とを加算した電流を上記電動モータに供給すべきモータ駆動回路を備えたモータ駆動制御手段とを具備したことを特徴とし、変速機のシフト操作時、特にギヤ抜き操作時において速い速度でシフト操作を行なった場合に生じる操作上の違和感即ち引ずり感を実質的に解消し又は少なくとも大幅に低減して操作フィーリングを向上することができる利点がある。
また、本発明において、上記加速電流をＩとし、上記電動モータの慣性モーメントをＪ、同電動モータのトルク定数をＫｔ、上記シフト操作の加速度をαとしたとき、Ｉ＝（Ｊ／Ｋｔ）×αに設定することにより、比較的速いシフト操作の開始直後に、上記電動モータを急速に加速することができ、上記引ずり感を効果的に解消し又は少なくとも大幅に低減し得る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１におけるコントロールユニット５６の構成を示すブロック図である。
【図３】図１におけるチェンジレバー１０のシフト操作時における入力荷重の種々のパターンを示す入力荷重−時間線図である。
【図４】シフト操作時の入力荷重とアシスト力指令値との関係を示した線図である。
【図５】速いシフト操作を行なった場合において、通常のアシスト装置を備えているとき及びアシスト装置を有しない場合のシフト操作力を比較して示した線図である。
【図６】通常程度の速さのシフト操作を行なった場合において、通常のアシスト装置を備えているとき及びアシスト装置を有しない場合のシフト操作力を比較して示した線図である。
【図７】緩やかなシフト操作を行なった場合において、通常のアシスト装置を備えているとき及びアシスト装置を有しない場合のシフト操作力を比較して示した線図である。
【図８】図１に示したシフト操作装置のアシスト装置に通常のアシスト電流とは別に、アシスト電流に加算して供給される加速電流を示した線図である。
【図９】速いシフト操作を行なった場合において、アシスト電流及び加速電流が供給されるアシスト装置を備えた場合及びアシスト装置を有しない場合のシフト操作力を比較して示した線図である。
【図１０】通常程度の速さのシフト操作を行なった場合において、アシスト電流及び加速電流が供給されるアシスト装置を備えた場合及びアシスト装置を有しない場合のシフト操作力を比較して示した線図である。
【図１１】緩やかなシフト操作を行なった場合において、アシスト電流及び加速電流が供給されるアシスト装置を備えた場合及びアシスト装置を有しない場合のシフト操作力を比較して示した線図である。
【符号の説明】
１０…チェンジレバー、１４…シフト操作力検出手段、１６…シフト軸、２４…シフトレール、２６，２８，３０及び３４…伝動部材、３６…アシストレバー、３８…アシスト装置、４０…電動モータ、４２…ボールねじ、４８…位置センサ、５２…クラッチペダル、５４…クラッチスイッチ、５６…コントロールユニット（モータ駆動制御手段）。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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