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JP4361927B2 - シフトバイワイヤシステム - Google Patents

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Description

本発明は、操作者の指示に応じて、レンジ切替手段およびパーキングロック機構を電動モータにより駆動するシフトバイワイヤシステムに関する。
近年、車両搭乗者が選択した指示シフトレンジを検出し、検出した指示シフトレンジに応じて、自動変速機のシフトレンジを切り替えるレンジ切替手段を電動モータで駆動するシフトバイワイヤシステムが用いられるようになってきている(例えば、特許文献1参照)。また、従来より、レンジ切替手段のPレンジへの切替作動に連動して自動変速機の出力軸をロック状態にするとともに、他のレンジへの切替作動に連動して自動変速機の出力軸をロック解除状態にするパーキングロック機構が知られている。
このようなシフトバイワイヤシステムを使用する場合、例えばバッテリの不具合により電動モータに電源供給できない状況であっても、自動変速機の出力軸をパーキングロック機構でロック状態にして駐車できるようにすることが望まれる。このような要望に対し、特許文献1に記載のシフトバイワイヤシステムでは、電源に依存することなく機械的にパーキングロック機構を駆動することが可能な機械部品(連行部材、キャリッジ、ロック部材、ばね等)が備えられている。
特表2004−513307号公報
しかしながら、上記特許文献1記載の構造では、電源に依存することなくパーキングロック機構を駆動できるが故に、Pレンジにてロック状態で駐車している車両が、次の手口により盗難される恐れがある。すなわち、上述の機構部品を悪意操作して、パーキングロック機構によるロック状態をロック解除状態にする手口により盗難の恐れが生じる。
そこで、本発明の目的は、電源供給できない状況であってもパーキングロック機構によりロック状態にして駐車可能にすることと、盗難防止を図ることとを両立させたシフトバイワイヤシステムを提供することにある。
請求項1からのいずれか一項記載の発明では、電動モータの不作動時に、操作者によるマニュアル操作力をパーキングロック機構に伝達してパーキングロック機構を作動させるマニュアル機構を備え、マニュアル機構は、パーキングロック機構がロック状態に作動する向きにはマニュアル操作力の伝達を許可し、パーキングロック機構がロック解除状態に作動する向きにはマニュアル操作力の伝達を禁止するワンウェイ伝達手段を有する。
そのため、レンジにてロック状態で駐車している車両に対して、マニュアル機構を悪意操作してロック解除状態に切り替えようとしても、パーキングロック機構がロック解除状態に作動する向きにはマニュアル操作力の伝達は禁止されるので、盗難防止を図ることができる。一方、パーキングロック機構がロック状態に作動する向きにはマニュアル操作力の伝達は許可されるので、電動モータに電源供給できない状況であっても、パーキングロック機構をマニュアル操作してロック状態に切り替えて駐車することができる。
以上により、電源供給できない状況であってもパーキングロック機構によりロック状態にして駐車可能にすることと、盗難防止を図ることとを両立できる。
また、マニュアル機構は、P入れギヤを内部にて移動可能に収容するケースを有するので、悪意操作者による次の手口を困難にでき、より一層の盗難防止を図ることができる。
すなわち、悪意操作者が、モータ出力軸と係合するP入れギヤを直接作動させることによりロック解除状態に切り替える手口を試みたとしても、P入れギヤはケース内部に収容されているので、悪意操作者がP入れギヤを直接作動することを防止できる。
ここで、ロッドは電源供給できない状況下ではじめて往復動する部材であるのに対し、P入れギヤは電動モータを作動させる通常作動時には常に往復動する部材である。従って、作動頻度の高いP入れギヤを摺動可能に支持する部材には、作動頻度の低いロッドを摺動可能に支持する部材に比べて耐摩耗性が要求される。
また、ロッドには、マニュアル操作力を伝達するための強度確保のために例えば鉄系金属等の材質であることが要求され、P入れギヤには、ギヤの強度確保のために例えば鉄系金属等の材質であることが要求される。一方、ケースには、強度確保の要求度合いは低い反面、軽量化を図るべく例えばアルミニウム等の材質であることが要求される。
これらの要求を鑑み、ロッドは、P入れギヤを内部にて収容するケースに対し往復動可能となるよう当該ケースに支持され、P入れギヤは、ロッドに対し往復動可能となるよう当該ロッドに支持される。
そのため、マニュアル操作力を伝達するための強度確保が要求されているロッドが、作動頻度の高いP入れギヤの支持部材として機能するとともに、強度確保の要求度合いの低いケースが、作動頻度の低いロッドの支持部材として機能する。よって、ケースがP入れギヤを摺動可能に支持する場合に比べて、軽量化を図った材質をケースに適用することができる。
請求項2記載の発明では、P入れギヤが、出力軸ギヤと常時係合する。
また、請求項3記載の発明では、ワンウェイ伝達手段が、ロッドを含み、マニュアル操作力により往復動し、一方に動く際にはP入れギヤと係合可能であり、他方に動く際にはP入れギヤと係合不能であるワンウェイ係合部材を有する。
そのため、マニュアル操作力によりパーキングロック機構を作動させる場合において、パーキングロック機構のロック状態への作動のみを許可しつつ、電動モータによりパーキングロック機構を駆動する場合において、電動モータによる駆動力がワンウェイ係合部材に伝達されないようにする構造を、簡素な構造で容易に実現できる。
請求項記載の発明では、電動モータはブラシレスモータであるため、電動モータを回転駆動させるには、例えば3層モータの場合にはU相、V相、W相コイルへの通電を順次スイッチングすることが必要となる。よって、悪意操作者がバッテリを準備して、ブラシレスモータのコイルに単純に通電しただけでは電動モータを回転駆動させることができないため、電動モータを悪意で回転駆動させてロック解除状態にする手口を困難にできる。従って、ロック解除状態に作動する向きにはマニュアル操作力の伝達を禁止するワンウェイ伝達手段による盗難防止の効果を、より実効性の高いものにできる。
以下、本発明の一実施形態を図1、図2および図3に基づいて説明する。図1は、本発明の一実施形態によるシフトバイワイヤシステム10を示す斜視図であり、図2は図1のII矢視図、図3は図2のIII矢視図である。
はじめに、図1を用いてシフトバイワイヤシステム10の概略を説明する。
シフトバイワイヤシステム10は、二輪駆動式または四輪駆動式の車両の走行を制御するシステムであり、アクチュエータ20、シフトバイワイヤ(SBW)用のECU80、パーキングロック機構70および自動変速機制御装置12等から構成されている。
SBW用のECU80は、マイクロコンピュータを主体に構成された電気回路であり、CPU、RAM、ROM、EEPROM等から構成されている。そして、ECU80は、車両搭乗者がシフトレンジ切替装置としての図示しないシフトレバーを操作して選択した指示シフトレンジを検出し、この指示シフトレンジに応じてアクチュエータ20を作動させて、レンジ切替手段としてのマニュアルバルブ60の往復移動位置を制御する。
指示シフトレンジに応じてマニュアルバルブ60が往復移動することにより、自動変速機制御装置12内の油路が切り替わり、図示しない自動変速機のシフトレンジが切り替わる。車両搭乗者がシフトレンジを選択する装置は、シフトレバーに代え、ボタン式のシフトスイッチでも、車両搭乗者が音声でシフトレンジを指示する音声認識装置のようなものであってもよい。また、シフトレバーのシフトレンジ位置は、シフトレバーと連動して接点位置が変化する接点スイッチ等により検出される。
ここで、自動変速機には、走行レンジとして前進レンジであるDレンジおよび後進レンジであるRレンジと、非走行レンジとして駐車レンジであるPレンジおよび中立レンジであるNレンジなどのシフトレンジが設定されている。なお、Dレンジ、RレンジおよびNレンジは、特許請求の範囲に記載の「他のレンジ」に相当する。
また、自動変速機制御装置12は、自動変速機のシフトレンジおよび変速段を切り換える油圧回路を備えている。そして、レンジ位置を選択するマニュアルバルブ60が移動することにより、自動変速機制御装置12の油圧回路を切り換えて、自動変速機を上記のシフトレンジのいずれかに設定する。
ECU80は、車両搭乗者が選択したシフトレバーの指示シフトレンジ位置を接点スイッチ等で検出し、検出した指示シフトレンジに応じた回転をアクチュエータ20の電動モータ22(図3参照)に指示し、指示シフトレンジに応じた回転角度量を回転するように電動モータ22を制御する。
コントロールロッド50は、電動モータ22の出力軸38(図2および図3参照)と結合しており、電動モータ22の駆動力が図示しない減速機を介してコントロールロッド50に伝達される。コントロールロッド50には、ディテントプレート52が一体となって回転するように固定されている。ディテントプレート52が図1の矢印A、B方向に回転することによりマニュアルバルブ60の往復移動位置が決定される。
本実施形態の電動モータ22は、永久磁石を用いないブラシレスのSRモータ(スイッチドリラクタンスモータ)である。そして、電動モータ22が有するU相、V相、W相のコイル(図示せず)への通電は、ECU80がトランジスタをオン、オフすることにより制御される。ECU80がU相、V相、W相のコイルへの通電を順次スイッチングすることにより、電動モータ22は回転駆動する。
また、アクチュエータ20は角度検出装置としてのエンコーダ(図示せず)を有しており、ECU80は、エンコーダが出力する電動モータ22の回転角度量であるカウント数を参照しながら、目標のカウント数になるまで電動モータ22を回転制御することにより、指示シフトレンジに相当する回転位置にディテントプレート52を回転させる。ECU80は、目標カウント数を含む所定のカウント数の範囲内に電動モータ22が回転すると、指示シフトレンジに相当する回転位置にディテントプレート52が達したと判断し、電動モータ22の回転制御を終了する。
なお、エンコーダが出力するカウント数は、PレンジからRレンジ、Nレンジ、Dレンジの順にシフトレンジが切り替わるにしたがって増加または減少し、その逆の順にシフトレンジが切り替わるにしたがって減少または増加する。
ディテントプレート52はほぼ扇形をなす板状の部材であって、その円弧状の外周部に複数の凹部53が形成されている。ディテントスプリング62は板バネであり、自動変速機制御装置12に片持ち状に固定されている。ディテントスプリング62の先端部にはディテントプレート52の凹部53に係合するローラ63が取り付けられており、ローラ63はディテントスプリング62の弾性力によりディテントプレート52の凹部53のいずれかに係合する。
ディテントプレート52にはマニュアルバルブ60に嵌合しているピン54が設けられている。ディテントプレート52がコントロールロッド50とともに回転すると、ピン54と嵌合しているマニュアルバルブ60がディテントプレート52の回転位置に応じて往復移動する。凹部53とローラ63とはマニュアルバルブ60における各シフトレンジの設定位置に対応させて配置されており、ローラ63がいずれかの凹部53に完全に係合することによりその凹部53に対応するシフトレンジ位置にマニュアルバルブ60が設定される。
そして、電動モータ22が回転しシフトレバーで選択された指示シフトレンジに対応するシフトレンジ位置にマニュアルバルブ60が移動することにより、自動変速機の変速段は、マニュアルバルブ60の往復移動位置で特定された実シフトレンジに対応する変速段となるように自動変速機制御装置12により制御される。
また、アクチュエータ20は、ディテントプレート52の回転位置を検出するシフトレンジ検出装置(図示せず)を有している。そして、ECU80は、シフトレンジ検出装置の検出結果によりマニュアルバルブ60の往復移動位置を算出できるので、自動変速機で選択されている実シフトレンジを検出できる。
パーキングロック機構70は、パーキングギヤ71の外周部に形成されている凹部にパーキングロックポール72の爪73を係合させて自動変速機の出力軸(図示せず)の回転を止めるように構成されている。パークロッド74の一端はディテントプレート52に固定されており、他端にはテーパーコーン状のカム76が嵌合している。カム76はスプリング78により他端側に押圧された状態でパークロッド74に嵌合しており、パークロッド74に沿って往復移動自在である。
そして、ディテントプレート52の回転に伴いパークロッド74が往復移動することにより、カム76がパーキングロックポール72を上下動させ、パーキングロックポール72の爪73がパーキングギヤ71に係合、またはパーキングギヤ71から外れる。パーキングロックポール72の爪73がパーキングギヤ71に係合すると、自動変速機は出力軸の回転が機械的に禁止されたロック状態となり、パーキングギヤ71から爪73が外れると、自動変速機は出力軸の回転が許可されたロック解除状態となる。
以上により、シフトバイワイヤシステム10の通常作動により電動モータ22を作動させると、電動モータ22の駆動力は、出力軸38、コントロールロッド50、ディテントプレート52を介して、パーキングロック機構70のパークロッド74およびマニュアルバルブ60に伝達される。その結果、パーキングロック機構70およびマニュアルバルブ60は連動して駆動する。すなわち、マニュアルバルブ60がPレンジ位置に移動するとパーキングロック機構70は連動してロック状態となり、マニュアルバルブ60が他のレンジ位置に移動するとパーキングロック機構70は連動してロック解除状態となる。
次に、図2および図3を用いて、本実施形態の要部であるマニュアル機構40について説明する。なお、図1ではマニュアル機構40の図示を省略している。
マニュアル機構40は、バッテリの不具合等により電動モータ22に電源供給できなくなった電源失陥時の場合において、シフトレバーとは別に車室内に設けられた電源失陥時用操作レバー49(図1参照)を車両搭乗者(操作者)が操作することにより、パーキングロック機構70をマニュアル操作してロック状態に切り替えて駐車することができるようにするための機構である。すなわち、マニュアル機構40は、車両搭乗者による電源失陥時用操作レバー49のマニュアル操作力をコントロールロッド50に伝達して、パーキングロック機構70およびマニュアルバルブ60を駆動する。
図2を用いてより具体的に説明すると、マニュアル機構40は、ロッド41、プレート411、スプリング412、P入れギヤ42、およびケース43等を有している。なお、ロッド41およびP入れギヤ42は鉄系金属製であり、ケース43はアルミニウム製である。また、ロッド41、プレート411、スプリング412およびP入れギヤ42は特許請求の範囲に記載の「ワンウェイ伝達手段」に相当し、そのうちロッド41、プレート411およびスプリング412は特許請求の範囲に記載の「ワンウェイ係合部材」に相当する。
アクチュエータ20には、電動モータ22の出力軸38と一体に回転する出力軸ギヤ39が備えられており、この出力軸ギヤ39にP入れギヤ42は常時係合する。従って、シフトバイワイヤシステム10の通常作動によりマニュアルバルブ60およびマニュアル機構40を電動モータ22で駆動させる際には、出力軸ギヤ39の回転にともなってP入れギヤ42は常時作動する。また、P入れギヤ42は、ケース43内部にて往復動可能に収容されており、出力軸ギヤ39の回転にともなってケース43内部を往復動する。
因みに、ケース43には出力軸ギヤ39を内部に挿入する開口部が形成されている。また、出力軸ギヤ39は電動モータ22と同軸に配置されている。
ケース43は、電動モータ22および減速機等を収容するアクチュエータ20のケース21に取り付けられている。また、ケース43は、P入れギヤ42の往復動方向に延びる筒状に形成されており、ケース43長手方向の一端は閉塞され、他端にはブッシュ44が嵌め込まれている。そして、ブッシュ44の貫通孔441を通じてロッド41の一端側部分はケース43内に収容される。一方、ケース43外部に位置するロッド41の他端側部分は、電源失陥時用操作レバー49によるマニュアル操作力が伝達される。このマニュアル操作力により、P入れギヤ42の往復動方向と同じ方向にロッド41は往復動する。
なお、ブッシュ44には、ロッド41との間をシールするOリング442が取り付けられている。Oリング442はシールプレート443によりブッシュ44に保持されている。
ロッド41の先端にはプレート411が固定されており、プレート411はケース43内部を摺動する。従って、ロッド41の一端側部分はプレート411を介してケース43に往復動可能に支持され、ロッド41の他端側部分はブッシュ44を介してケース43に往復動可能に支持される。
また、P入れギヤ42には往復動方向に貫通する貫通孔421が形成されており、ロッド41は貫通孔421内にて摺動可能に配置されている。従って、P入れギヤ42は、その貫通孔421部分にてロッド41に往復動可能に支持される。
プレート411のうちP入れギヤ42の側には、圧縮コイルのスプリング412が取り付けられている。ロッド41がマニュアル操作力により押されてプレート411側に移動して、ロッド41の一端がケース43内壁に当接した状態(図2に示す状態)では、スプリング412はP入れギヤ42と接触しない。そして、この図2に示す状態において、スプリング412とP入れギヤ42との間には所定のクリアランスが設けられている。
尚、スプリング412はケース43に配置されることに限らず、例えば操作レバー49の近傍に配置されていてもよい。
一方、図2に示す状態において、マニュアル操作力によりロッド41が引っ張られてブッシュ44側に移動すると、スプリング412はP入れギヤ42に当接し、さらにロッド41が引っ張られるとスプリング412に押されてP入れギヤ42はブッシュ44側に移動する。すなわち、ロッド41を往復動させるマニュアル操作力は、ロッド41の移動方向がブッシュ44側である場合にはP入れギヤ42に伝達され、ロッド41の移動方向がプレート411側である場合にはP入れギヤ42に伝達されない。
次に、上記構成のマニュアル機構40による作動を説明する。
電源失陥時用操作レバー49を車両搭乗者(操作者)が操作して、ロッド41をブッシュ44側に移動させると、スプリング412によりP入れギヤ42はブッシュ44側に移動する。すると、P入れギヤ42と係合する電動モータ22の出力軸ギヤ39が矢印B(図2および図1参照)の方向に回転し、電動モータ22の出力軸38、コントロールロッド50およびディテントプレート52が回転する。その結果、パーキングロック機構70はロック状態に作動し、マニュアルバルブ60はPレンジ位置に移動する。
すなわち、電源失陥時用操作レバー49のマニュアル操作力がマニュアル機構40を介してコントロールロッド50に伝達され、パーキングロック機構70およびマニュアルバルブ60が作動する。
一方、上述の如くロッド41をブッシュ44側に移動させた後に、車両搭乗者が電源失陥時用操作レバー49から手を放すと、P入れギヤ42に当接して弾性変形していたスプリング412の弾性変形力により、ロッド41はプレート411側に移動する。このようにロッド41はプレート411側に移動した場合、或いは、車両搭乗者が電源失陥時用操作レバー49を操作してロッド41をブッシュ44側に移動させた場合であっても、スプリング412はP入れギヤ42に係合していないため、弾性変形力或いはマニュアル操作力はP入れギヤ42には伝達されない。よって、パーキングロック機構70はロック状態に維持され、マニュアルバルブ60はPレンジ位置に維持される。
なお、パーキングロック機構70によるロック状態は、ディテントプレート52とディテントスプリング62との係合により保持される。
以上により、本実施形態に係るマニュアル機構40によれば、パーキングロック機構70がロック状態に作動する向きにはマニュアル操作力の伝達を許可し、パーキングロック機構70がロック解除状態に作動する向きにはマニュアル操作力の伝達を禁止することとなる。
そのため、パーキングロック機構70によるロック状態でPレンジにて駐車している車両に対して、電源失陥時用操作レバー49を悪意操作してロック解除状態に切り替えようとしても、パーキングロック機構70がロック解除状態に作動する向きにはマニュアル操作力の伝達は禁止される。よって、電源失陥が回復しない限りロック解除状態にすることができず、盗難防止を図ることができる。
一方、パーキングロック機構70がロック状態に作動する向きにはマニュアル操作力の伝達は許可されるので、電源失陥時であってもパーキングロック機構70をマニュアル操作してロック状態に切り替えて駐車することができる。
また、本実施形態に係るマニュアル機構40は、P入れギヤ42を内部にて移動可能に収容するケース43を有するので、悪意操作者による次の手口を困難にでき、より一層の盗難防止を図ることができる。すなわち、悪意操作者が、モータ出力軸38と常時係合するP入れギヤ42を直接作動させることによりロック解除状態に切り替える手口を試みたとしても、P入れギヤ42はケース43内部に収容されているので、悪意操作者がP入れギヤ42を直接作動することを防止できる。
また、本実施形態によれば、プレート411およびブッシュ44を介してロッド41はケース43に往復動可能に支持され、P入れギヤ42はロッド41に往復動可能に支持される。そのため、マニュアル操作力を伝達するための強度確保が要求されているロッド41およびプレート411が、作動頻度の高いP入れギヤ42の支持部材として機能するとともに、強度確保の要求度合いの低いケース43が、作動頻度の低いロッド41およびプレート411の支持部材として機能する。よって、ケース43がP入れギヤ42を摺動可能に支持する場合に比べて、軽量化を図った材質(例えばアルミニウム)をケース43に適用することができる。
また、本実施形態によれば、電動モータ22にブラシレスモータを採用しているため、電動モータ22を回転駆動させるにはU相、V相、W相コイルへの通電を順次スイッチングすることが必要となる。よって、悪意操作者がバッテリを準備して、電動モータ22のコイルに単純に通電しただけでは電動モータ22を回転駆動させることができないため、電動モータ22を悪意で回転駆動させてロック解除状態にする手口を困難にできる。従って、ロック解除状態に作動する向きにはマニュアル操作力の伝達を禁止するマニュアル機構40による盗難防止の効果を、より実効性の高いものにできる。
(他の実施形態)
上記実施形態では、電源失陥時用操作レバー49を車室内に配置しているが、例えばエンジンルームに配置するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、電動モータ22としてブラシレスモータを使用しているが、ブラシを有するモータを使用してもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
本発明の一実施形態によるシフトバイワイヤシステムの構成図。 図1のII矢視図。 図2のIII矢視図。
符号の説明
10:シフトバイワイヤシステム、22:電動モータ、38:モータ出力軸、39:出力軸ギヤ、40:マニュアル機構、41:ロッド(ワンウェイ伝達手段のワンウェイ係合部材)、42:P入れギヤ(ワンウェイ伝達手段)、43:ケース、49:電源失陥時用操作レバー、70:パーキングロック機構、411:プレート(ワンウェイ伝達手段のワンウェイ係合部材)、412:スプリング(ワンウェイ伝達手段のワンウェイ係合部材)。

Claims (4)

  1. 自動変速機のシフトレンジをPレンジと他のレンジとに切り替えるように作動するレンジ切替手段と、
    前記レンジ切替手段の前記Pレンジへの切替作動に連動して前記自動変速機の出力軸をロック状態にするとともに、前記他のレンジへの切替作動に連動して前記出力軸をロック解除状態にするパーキングロック機構と、
    操作者の指示に応じて、前記レンジ切替手段および前記パーキングロック機構を駆動する電動モータと、
    前記電動モータのトルクを前記パーキングロック機構に伝達するモータ出力軸と、
    前記モータ出力軸と一体に回転する出力軸ギヤと、
    を備えるシフトバイワイヤシステムにおいて、
    前記電動モータの不作動時に、操作者によるマニュアル操作力を前記パーキングロック機構に伝達して前記パーキングロック機構を作動させるマニュアル機構を備え、
    前記マニュアル機構は、前記パーキングロック機構が前記ロック状態に作動する向きには前記マニュアル操作力の伝達を許可し、前記パーキングロック機構が前記ロック解除状態に作動する向きには前記マニュアル操作力の伝達を禁止するワンウェイ伝達手段を有し、
    前記ワンウェイ伝達手段は、少なくとも前記出力軸ギヤに係合するP入れギヤ及び前記マニュアル操作力を伝達するロッドを有しており、
    前記ロッドは、前記P入れギヤを内部にて収容するケースに対し往復動可能となるよう当該ケースに支持され、
    前記P入れギヤは、前記ロッドに対し往復動可能となるよう当該ロッドに支持されるシフトバイワイヤシステム。
  2. 前記P入れギヤは、前記出力軸ギヤと常時係合する請求項1記載のシフトバイワイヤシステム。
  3. 前記ワンウェイ伝達手段は、前記ロッドを含み、前記マニュアル操作力により往復動し、一方に動く際には前記P入れギヤと係合可能であり、他方に動く際には前記P入れギヤと係合不能であるワンウェイ係合部材を有する請求項1又は2記載のシフトバイワイヤシステム。
  4. 前記電動モータはブラシレスモータである請求項1〜3のいずれか一項記載のシフトバイワイヤシステム。
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