CN108223728A - 带式无级变速器的变速控制方法 - Google Patents

带式无级变速器的变速控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明的带式无级变速器的变速控制方法可将带轮的轴向推力抑制为最小限度，并可实施变速。在第1工序，根据主动带轮及从动带轮中的滑动侧带轮的切线方向摩擦系数及卷绕直径，推断非滑动侧带轮的切线方向摩擦系数。在第2工序，根据滑动侧带轮的切线方向摩擦系数及卷绕直径，算出通过金属带所传递的扭矩。在第3工序中，根据扭矩及非滑动侧带轮的卷绕直径，算出该非滑动侧带轮的所需轴向推力。在第4工序中，使非滑动侧带轮的比率保持轴向推力朝向所需轴向推力减少而变更变速比。因此无须进行使滑动侧带轮的轴向推力增加而进行变速的以往控制，只要使非滑动侧带轮的轴向推力减少便可进行变速，从而可提高带轮或金属带的耐久性及降低液压泵的负载。

Description

带式无级变速器的变速控制方法
技术领域
本发明涉及一种带式无级变速器的变速控制方法，其在主动带轮(drive pulley)及从动带轮(driven pulley)上绕挂金属带，通过改变所述主动带轮及所述从动带轮的轴向推力来变更变速比。
背景技术
根据下述专利文献1，公知有如下所述者：带式无级变速器的带轮V面中，较规定位置为径向内侧部分容易与金属带之间产生滑动，但通过将带轮V面中的径向内侧部分的母线形状设为直线，可确保大的摩擦系数而防止滑动的产生，并且，通过将径向外侧部分的母线形状设为朝保障金属带的不对准(misalignment)的方向弯曲的曲线，可使金属带顺利地咬入V面而提高金属带或带轮的耐久性。
而且，根据下述专利文献2，公知有如下所述者：使构成带式无级变速器的金属带的多个金属元件(element)中的一部分金属元件的形状不同于其他金属元件的形状，利用以与金属带邻接的方式而设的间隙传感器(sensor)，对所述形状不同的金属元件进行检测，从而检测金属带的滑动(slip)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5689973号公报
专利文献2：日本专利特开2010-658243号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
此外，所述专利文献1中揭示了：当将带轮V面的母线形状设为曲线时，与金属带之间的摩擦系数虽会减少，但带轮V面的径向外侧部分即使摩擦系数减少也难以产生滑动。但是，若能掌握带轮V面的径向外侧部分的摩擦系数，则例如在车辆的起步时从低(LOW)比率(ratio)朝向超速(Over Drive，OD)比率变速时，就不再需要使主动带轮的轴向推力增加，而只要使从动带轮的轴向推力减少便可，因此能够降低使带轮产生轴向推力所需的最大液压，提高带轮或金属带的耐久性，并且降低液压泵的负载。
而且，所述专利文献2所记载的内容，作为精度良好地检测产生滑动时的金属带的旋转方向的方法是有效的，但无法作为用于对带轮的V面的径向外侧部分的摩擦系数进行测定的方法而利用。
本发明是有鉴于前述情况而完成，其目的在于，能将带轮的轴向推力抑制为最小限度，并能实现变速。
[解决问题的技术手段]
为了达成所述目的，根据第1技术方案所述的发明，提出一种带式无级变速器的变速控制方法，在主动带轮及从动带轮上绕挂金属带，通过改变所述主动带轮及所述从动带轮的轴向推力来变更变速比，所述带式无级变速器的变速控制方法包括：第1工序，根据所述主动带轮及所述从动带轮中的滑动侧带轮的切线方向摩擦系数及比率的关系，来推断非滑动侧带轮的切线方向摩擦系数及比率的关系；第2工序，根据所述滑动侧带轮的切线方向摩擦系数及卷绕直径，来算出通过所述金属带所传递的传递扭矩；第3工序，根据所述传递扭矩及所述非滑动侧带轮的卷绕直径，算出用于抑制所述非滑动侧带轮的滑动的所需轴向推力；以及第4工序，使所述非滑动侧带轮的比率保持轴向推力朝向所述所需轴向推力减少而变更变速比。
而且，根据第2技术方案所述的发明，提出一种带式无级变速器的变速控制方法，其中除了第1技术方案的结构以外，在比率为规定值以上的区域，在所述从动带轮中实施所述轴向推力的减少控制，在比率小于所述规定值的区域，在所述主动带轮中实施所述轴向推力的减少控制。
[发明的效果]
根据第1技术方案的结构，在第1工序中，根据主动带轮及从动带轮中的滑动侧带轮的切线方向摩擦系数及比率的关系，来推断非滑动侧带轮的切线方向摩擦系数及比率的关系，在第2工序中，根据滑动侧带轮的切线方向摩擦系数及卷绕直径，来算出通过金属带所传递的传递扭矩，在第3工序中，根据传递扭矩及非滑动侧带轮的卷绕直径，算出用于抑制该非滑动侧带轮的滑动的所需轴向推力，在第4工序中，使非滑动侧带轮的比率保持轴向推力朝向所需轴向推力减少而变更变速比，因此无须进行使滑动侧带轮的轴向推力增加来进行变速的以往控制，只要使非滑动侧带轮的轴向推力减少便可进行变速，能够提高带轮或金属带的耐久性，或者降低液压泵的负载。
而且，根据第2技术方案的结构，在比率为规定值以上的区域，在从动带轮中实施轴向推力的减少控制，在比率小于规定值的区域，在主动带轮中实施轴向推力的减少控制，因此既能简化轴向推力的控制，又能实现全比率区域中的变速。
附图说明
图1是表示带式无级变速器的整体结构的图。
图2是金属带的滑动率及滑动方向的检测方法的说明图。
图3(A)及图3(B)是表示切线方向摩擦系数相对于带轮的卷绕直径或抵接于带轮的金属元件个数的关系的图表。
图4(A)及图4(B)是说明可通过带轮的轴向推力的减压来进行变速的比率区域的图表。
图5是将图4(A)及图4(B)合成的图表。
图6是说明比率的变更过程的流程图。
符号的说明
11：主动轴
12：从动轴
13：主动带轮
14：从动带轮
15：金属带
16、19：固定侧带轮半体
17、20：可动侧带轮半体
18、21：液室
22：金属环
23：金属元件
S1～S11：步骤
Sa：主动带轮转速传感器
Sb：从动带轮转速传感器
Sc：主动带轮行程传感器
Sd：从动带轮行程传感器
Se：金属带圆周速度传感器
T：带式无级变速器
具体实施方式
以下，基于图1～图6来说明本发明的实施方式。
图1表示搭载于汽车的带式无级变速器T的概略结构，带式无级变速器T具备连接于发动机(engine)的主动轴(drive shaft)11、以及连接于驱动轮的从动轴(drivenshaft)12，在设于主动轴11的主动带轮13与设于从动轴12的从动带轮14上绕挂有无接头状的金属带15。主动带轮13具备固定设置于主动轴11的固定侧带轮半体16、及相对于该固定侧带轮半体16可接触/分离的可动侧带轮半体17，可动侧带轮半体17是利用作用于液室18的液压而朝向固定侧带轮半体16受到施力。从动带轮14具备固定设置于从动轴12的固定侧带轮半体19、及相对于该固定侧带轮半体19可接触/分离的可动侧带轮半体20，可动侧带轮半体20是利用作用于液室21的液压而朝向固定侧带轮半体19受到施力。金属带15包含将多个金属元件23…支撑于一对金属环22、22的结构。
主动带轮13的转速是由主动带轮转速传感器Sa予以检测，从动带轮14的转速是由从动带轮转速传感器Sb予以检测，主动带轮13的可动侧带轮半体17的行程(stroke)(即主动带轮13的槽宽)是由主动带轮行程传感器Sc予以检测，从动带轮14的可动侧带轮半体20的行程(即从动带轮14的槽宽)是由从动带轮行程传感器Sd予以检测，金属带15的圆周速度是由金属带圆周速度传感器Se予以检测。
如图2所示，根据由主动带轮转速传感器Sa所检测出的主动带轮13的转速和由从动带轮转速传感器Sb所检测出的从动带轮14的转速，算出主动带轮13及从动带轮14间的实际比率，而且，根据由主动带轮行程传感器Sc所检测出的主动带轮13的行程和由从动带轮行程传感器Sd所检测出的从动带轮14的行程，算出主动带轮13及从动带轮14间的几何学比率。
实际比率是主动带轮13及从动带轮14间的实际的比率，会因主动带轮13及金属带15间的滑动，或者因从动带轮14及金属带15间的滑动而变化。另一方面，几何学比率是由主动带轮13及从动带轮14的槽宽唯一决定的，相当于未产生滑动时的实际比率。
而且，根据由主动带轮转速传感器Sa所检测出的主动带轮转速和由主动带轮行程传感器Sc所检测出的主动带轮13的行程，可得知金属带15的卷绕位置处的主动带轮13的圆周速度，因此，通过将其与由金属带圆周速度传感器Se所检测出的金属带15的圆周速度进行比较，能够算出主动带轮13上的金属带15的滑动率及滑动方向。同样，根据由从动带轮转速传感器Sb所检测出的从动带轮转速和由从动带轮行程传感器Sd所检测出的从动带轮14的行程，可得知金属带15的卷绕位置处的从动带轮14的圆周速度，因此，通过将其与由金属带圆周速度传感器Se所检测出的金属带15的圆周速度进行比较，能够算出从动带轮14上的金属带15的滑动率及滑动方向。
此外，通过利用液压来相对于带轮13、14的固定侧带轮半体16、19而按压可动侧带轮半体17、20的负载(轴向推力)，固定侧带轮半体16、19及可动侧带轮半体17、20与金属带15之间产生摩擦力，利用该摩擦力来防止金属带15的滑动。在利用规定的轴向推力将金属带15夹在固定侧带轮半体16、19及可动侧带轮半体17、20间而传递驱动力的状态下，当使传递扭矩增加时，金属带15不久便承受不住而滑动。得知此时的带轮13、14及金属带15间的切线方向摩擦系数，对于防止金属带15滑动并控制比率是重要的。
带轮13、14的传递扭矩是以作用于带轮13、14及金属带15间的切线方向的摩擦力与金属带15的卷绕直径之积而给出，切线方向的摩擦力是以带轮13、14的轴向推力与切线方向摩擦系数之积而给出。并且，金属带15的卷绕直径可根据主动带轮行程传感器Sc或者从动带轮行程传感器Sd的输出而得知，带轮13、14的轴向推力可根据将可动侧带轮半体17、20朝向固定侧带轮半体16、19施力的液压而得知，金属带15滑动的瞬间可通过带轮13、14的圆周速度及金属带15的圆周速度的比较而得知，因此可在任意比率下算出在金属带15滑动的瞬间达到最大的切线方向摩擦系数。
图3(A)是根据主动带轮13上的金属带15的卷绕直径，对利用所述方法算出的带轮13、14及金属带15间的切线方向摩擦系数进行整理所得，图3(B)是根据抵接于主动带轮13的金属带15的金属元件23…的个数，同样对带轮13、14及金属带15间的切线方向摩擦系数进行整理所得。在比率接近LOW的区域，即，在主动带轮13侧金属带15的卷绕直径小的区域，或者，在抵接于主动带轮13的金属元件23…的个数少的区域，可获得金属带15滑动的、主动带轮13侧的切线方向摩擦系数的数据，相反，在比率接近OD的区域，即，在从动带轮14侧金属带15的卷绕直径小的区域，或者，在抵接于从动带轮14的金属元件23…的个数少的区域，可获得金属带15滑动的、从动带轮14侧的切线方向摩擦系数的数据。
根据这些图表可知的是，随着金属带15的卷绕直径的增加、或者抵接于带轮13、14的金属元件23…的个数的增加，切线方向摩擦系数呈线性(linear)地增加，主动带轮13及从动带轮14同为此特性。如此，利用带轮13、14及金属带15间的切线方向摩擦系数随着卷绕直径的增加而呈线性地增加的关系，能够准确地推断出因难以产生滑动而在以往无法测定的带轮13、14径向外侧部分的切线方向摩擦系数，即，比率接近LOW的区域中的从动带轮14侧的切线方向摩擦系数、以及比率接近OD的区域中的主动带轮13侧的切线方向摩擦系数。
以往，在比率接近LOW的区域中，虽能测定主动带轮13的切线方向摩擦系数，但无法测定从动带轮14的切线方向摩擦系数，因此当使主动带轮13的槽宽减少，使从动带轮14的槽宽增加以使比率朝OD侧变化时，必须通过增加主动带轮13的轴向推力来使槽宽减少。其理由是：由于无法得知从动带轮14侧的切线方向摩擦系数，因此若欲使从动带轮14侧的轴向推力减少以朝OD侧变速，则从动带轮14及金属带15有可能滑动。
同样，在比率接近OD的区域中，虽能测定从动带轮14的切线方向摩擦系数，但无法测定主动带轮13的切线方向摩擦系数，因此，当使从动带轮14的槽宽减少，使主动带轮13的槽宽增加以使比率朝LOW侧变化时，必须通过增加从动带轮14的轴向推力来使槽宽减少。其理由是：由于无法得知主动带轮13侧的切线方向摩擦系数，因此若欲使主动带轮侧的轴向推力减少以朝LOW侧变速，则主动带轮13及金属带15有可能滑动。
与此相对，本实施方式中，当使比率从LOW侧朝OD侧变化时，由于能够推断从动带轮14侧的切线方向摩擦系数，因此无须增加主动带轮13侧的轴向推力，通过在从动带轮14侧不会产生金属带15的滑动的范围内减少从动带轮14侧的轴向推力，便可使比率朝OD侧变化。
而且，当使比率从OD侧朝LOW侧变化时，由于能够推断主动带轮13侧的切线方向摩擦系数，因此无须增加从动带轮14侧的轴向推力，通过在主动带轮13侧不会产生金属带15的滑动的范围内减少主动带轮13侧的轴向推力，便可使比率朝LOW侧变化。
如此，根据本实施方式，通过减少而非增加带轮13、14的轴向推力，便能抑制金属带15的滑动并进行变速，因此能够降低因轴向推力导致带轮13、14或金属带15所承受的负载，而提高带式无级变速器T的耐久性，并且能够降低产生变速用液压的液压泵的负载。
图4(A)的图表是将扭矩传递所需的从动带轮14的切线方向摩擦系数、与比率保持所需的从动带轮14的切线方向摩擦系数，相对于比率(-log值)所示。以往，在比率为LOW侧的区域中，无法测定卷绕直径大的从动带轮14侧的切线方向摩擦系数，因此要给予可获得扭矩传递所需的切线方向摩擦系数的轴向推力。但是，在变速控制时，只要对从动带轮14侧给予比率保持所需的切线方向摩擦系数即可，因此白费地施加了与扭矩传递所需的切线方向摩擦系数与比率保持所需的切线方向摩擦系数的差值相当的轴向推力(参照斜线部)。
根据本实施方式，在比率为LOW侧的区域中，能够推断卷绕直径大的从动带轮14侧的切线方向摩擦系数，因此无须给予可获得扭矩传递所需的切线方向摩擦系数的轴向推力，而只要给予较其小的从动带轮14侧的比率保持所需的切线方向摩擦系数，便可保证不会产生滑动，因此能够节减与图4(A)的斜线部分的切线方向摩擦系数相当的、从动带轮14的轴向推力。
同样，在图4(B)的图表中，根据本实施方式，在比率为OD侧的区域中，能够推断卷绕直径大的主动带轮13侧的切线方向摩擦系数，因此无须给予可获得扭矩传递所需的切线方向摩擦系数的轴向推力，而只要给予较其小的主动带轮13侧的比率保持所需的切线方向摩擦系数，便可保证不会产生滑动，从而能够节减与图4(B)的斜线部分的切线方向摩擦系数相当的、主动带轮13的轴向推力。
图5的图表是将图4(A)、图4(B)的图表重合而成，以往的控制中，是以比率为约1.7的状态(-log比率为约0.2的状态)作为边界，在较其为LOW侧的区域中，对从动带轮14施加超额的用于比率保持的轴向推力，而在较其为OD侧的区域中，对主动带轮13施加超额的用于比率保持的轴向推力，但通过本实施方式的控制，能够在除了比率为约1.7的位置以外的所有区域，削减超额的用于比率保持的轴向推力，从而能够提高带轮13、14或金属带15的耐久性，并且能够节减液压泵的驱动力。
图6是对所述变速控制的过程进行说明的流程图，首先，在步骤S1中，将实际的变速比i与成为边界的变速比即1.7进行比较。变速比i为1.7以上的LOW侧的区域是主动带轮13及从动带轮14中的主动带轮13侧先滑动的区域，主动带轮13成为滑动侧带轮，从动带轮14成为非滑动侧带轮。相反，变速比i小于1.7的OD侧的区域是主动带轮13及从动带轮14中的从动带轮14侧先滑动的区域，主动带轮13成为非滑动侧带轮，从动带轮14成为滑动侧带轮。
在所述步骤S1中，变速比i为1.7以上的LOW侧的区域，即，主动带轮13为非滑动侧带轮，从动带轮14为滑动侧带轮的区域中，在步骤S2中，根据已知的主动带轮13的切线方向摩擦系数μ与比率i的关系，推断出未知的从动带轮14的切线方向摩擦系数μ与比率i的关系。在变速比i为1.7以上的LOW侧的区域中，由于主动带轮13较之从动带轮14而先滑动，因此通过使主动带轮13在各比率i下实验性地滑动，求出此时的主动带轮13及金属带15间的切线方向摩擦系数μ并予以存储，由此，能够预先求出变速比i为1.7以上的LOW侧的区域中的主动带轮13的切线方向摩擦系数μ与比率i的关系。并且，基于所述关系，来推断未知的、变速比i为1.7以上的LOW侧的区域中的从动带轮14的切线方向摩擦系数μ与比率i的关系(参照图3(A)及图3(B))。
在接下来的步骤S3中，将已知的主动带轮13的切线方向摩擦系数μ及卷绕直径r相乘，算出主动带轮13的传递扭矩。当金属带15未滑动时，主动带轮13的传递扭矩与从动带轮14的传递扭矩一致。
在接下来的步骤S4中，将从动带轮14的传递扭矩除以所述推断出的从动带轮14的切线方向摩擦系数μ，算出从动带轮14的所需轴向推力。从动带轮14的所需轴向推力相当于从动带轮14不会滑动地进行扭矩传递所需的最小限度的轴向推力。
在接下来的步骤S5中，由从动带轮14的比率保持轴向推力减去所需轴向推力而算出差值。从动带轮14的比率保持轴向推力是保持比率i所需的轴向推力，以往，是相对于防止从动带轮14滑动所需的所需轴向推力而具备充分余裕地设定得较大。
在接下来的步骤S6中，将施加至从动带轮14的比率保持轴向推力在所述差值范围内进行减压，由此，从动带轮14的槽宽增加，比率i从LOW侧变更到OD侧。
另一方面，在所述步骤S1中，变速比i小于1.7的OD侧的区域中，在步骤S7～步骤S11中对主动带轮13的轴向推力进行减压，由此，将比率i从OD侧变更到LOW侧。步骤S7～步骤S11是分别对应于所述步骤S2～步骤S6，只要代入主动带轮13及从动带轮14的关系，其内容便实质上相同。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明可在不脱离其主旨的范围内进行各种设计变更。

Claims (2)

1.一种带式无级变速器的变速控制方法，在主动带轮(13)及从动带轮(14)上绕挂金属带(15)，通过改变所述主动带轮(13)及所述从动带轮(14)的轴向推力来变更变速比，所述方法的特征在于包括：
第1工序，根据所述主动带轮(13)及所述从动带轮(14)中的滑动侧带轮的切线方向摩擦系数及比率的关系，来推断非滑动侧带轮的切线方向摩擦系数及比率的关系；第2工序，根据所述滑动侧带轮的切线方向摩擦系数及卷绕直径，来算出通过所述金属带(15)所传递的传递扭矩；第3工序，根据所述传递扭矩及所述非滑动侧带轮的卷绕直径，算出用于抑制所述非滑动侧带轮的滑动的所需轴向推力；以及第4工序，使所述非滑动侧带轮的比率保持轴向推力朝向所述所需轴向推力减少而变更变速比。
2.根据权利要求1所述的带式无级变速器的变速控制方法，其特征在于，
在比率为规定值以上的区域，在所述从动带轮(14)中实施所述轴向推力的减少控制，在比率小于所述规定值的区域，在所述主动带轮(13)中实施所述轴向推力的减少控制。
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