DE10246352B4

DE10246352B4 - Stufenloses Getriebe

Info

Publication number: DE10246352B4
Application number: DE10246352A
Authority: DE
Inventors: Shinji Fujisawa Miyata; Daping Fujisawa Liu
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-10-05
Filing date: 2002-10-04
Publication date: 2011-02-03
Anticipated expiration: 2022-10-05
Also published as: DE10246352A1; JP3758546B2; US7077777B2; US20030069106A1; JP2003113935A

Abstract

Stufenloses Getriebe, umfassend:
eine durch eine Antriebsquelle (215) drehbar angetriebene Eingangswelle (217);
eine Ausgangswelle (219) zum Herausnehmen von Kraft auf der Grundlage der Drehung der Eingangswelle (217);
ein stufenloses Toroidalgetriebe (220);
eine Planetenradvorrichtung (221), umfassend:
ein Sonnenrad (222);
ein Tellerrad (223), angeordnet um das Sonnenrad (222); und
ein Planetenrad (225a, 225b), vorgesehen zwischen dem Sonnenrad (222) und dem Tellerrad (223),
wobei eine erste und eine zweite Kraftübertragungsvorrichtung (228, 231) vorgesehen sind zum Übertragen der Kraft von der Antriebsquelle (215) zur Ausgangswelle (219) und
wobei die zur ersten und zweiten Kraftübertragungsvorrichtung (228, 231) übertragene Kraft zur Konvergenz zu zwei Rädern des Sonnenrads (222), des Tellerrads (223) und des Planetenrads (225a, 225b) gebracht wird und ein verbleibendes Rad, welches von den beiden Rädern verschieden ist, mit der Ausgangswelle (219) verbunden ist; und
eine Modusumschaltvorrichtung, welche ein Umschalten während einer Vorwärtsbewegung durchführt zwischen...

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen an einem stufenlosen Getriebe, welches ein stufenloses Toroidalgetriebe enthält, das beispielsweise als Getriebe für ein Auto verwendet wird.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Das U.S. Patent Nr. 5,888,160 offenbart ein stufenloses Getriebe, welches eine Eingangswelle, die durch eine Antriebsquelle drehbar angetrieben wird, eine Ausgangswelle zum Herausnehmen von Kraft auf der Grundlage der Drehung dieser Eingangswelle, ein stufenloses Toroidalgetriebe mit einer Eingangs- und einer Ausgangsscheibe und einer Kraftrolle, welche zwischen der Eingangswelle und Ausgangswelle angeordnet sind, und eine Planetenzahnradvorrichtung umfasst.
Das stufenlose Toroidalgetriebe hat zwei Modi für eine Niedrigdrehzahlseite und eine Hochdrehzahlseite während einer Vorwärtsbewegung, wobei der Modus für die Niedrigdrehzahlseite ein lediglich durch das stufenlose Toroidalgetriebe geleitetes Kraftübertragungssystem verwendet und der Modus für die Hochdrehzahlseite ein durch das stufenlose Toroidalgetriebe geleitetes Kraftübertragungssystem und ein nicht durch das stufenlose Toroidalgetriebe geleitetes Kraftübertragungssystem verwendet. Die vorgesehene Anordnung ist derart beschaffen, dass diese beiden Kraftübertragungssysteme eingegeben werden in beliebige Zweizahnräder eines Sonnenrads, eines Tellerrads und von Planetenrädern einer Planetenradvorrichtung, wobei das verbleibende Rad verbunden ist mit der Ausgangswelle, und ein Ausgang erhalten wird als die Differenzkomponente der beiden Räder. Da die durch das stufenlose Toroidalgetriebe übertragene Kraft im Modus für die Hochdrehzahlseite klein wird, liefert dieses stufenlose Getriebe die Vorteile, dass es hoch effizient wird und eine lange Lebensdauer aufweist.
Die gattungsgemäße DE 197 50 166 A1 beschreibt ein stufenlos verstellbares Getriebe mit einem Toroidgetriebe und einem Planetengetriebe. Dabei lassen sich gemäß einem ersten Modus niedrige Drehzahlen für das stufenlos verstellbare Getriebe über einen ersten Kräfteübertragungsmechanismus beziehungsweise hohe Drehzahlen gemäß einem zweiten Modus über einen zweiten Kräfteübertragungsmechanismus einstellen. Der erste Kräfteübertragungsmechanismus ist mit einer ersten Kupplung für einen ersten Modus assoziiert, und der zweite Kräfteübertragungsmechanismus ist mit einer zweiten Kupplung für einen zweiten Modus assoziiert. Nachteilig daran ist, dass eine ruckartige Drehmomentenänderung beziehungsweise Drehzahländerung auftreten kann.
Die DE 198 45 546 A1 betrifft ein stufenloses Getriebe, das ein Toroidgetriebe und ein Planetengetriebe umfasst. Mittels Drehzahlerfassungssensoren kann ein Zeitpunkt bestimmt werden, an welchem ein Moduswechsel geschaltet werden kann.
Bei dem im U.S. Patent Nr. 5,888,160 offenbarten stufenlosen Getriebe erfolgt eine starke Änderung des in das stufenlose Toroidalgetriebe während einer Modusänderung zum Durchführen einer Umschaltung zwischen dem Niedrigdrehzahlmodus und dem Hochdrehzahlmodus eingegebenen Drehmoments von der Plusseite zur Minusseite (oder umgekehrt). Beispielsweise ändert sich das eingegebene Drehmoment während einer Modusänderung, bei welcher der Modus für die Niedrigdrehzahlseite umgeschaltet wird auf den Modus für die Hochdrehzahlseite, von +350 Nm auf –280 Nm.
Ferner tritt in dem Getriebeneutralsystem, bei welchem zwei Kraftübertragungssysteme verwendet werden im Modus für die Niedrigdrehzahlseite, und ein Modus, bei welchem lediglich das stufenlose Toroidalgetriebe durchgeleitet wird, verwendet wird im Modus für die Hochdrehzahlseite, und bei welchem im Modus für die Niedrigdrehzahlseite die Differenzkomponente der Planetenräder festgelegt ist auf eine 0-Drehung, um eine Startkupplung unnötig zu machen, eine Umkehrung der positiven und negativen Seiten des Drehmoments in ähnlicher Weise auf, wenn die beiden Modi umgeschaltet werden. Ferner wird im Getriebeneutralsystem die Modusänderung durchgeführt, wenn das stufenlose Toroidalgetriebe sich auf der Niedrigdrehzahlseite befindet.
Zusätzlich zu diesen Systemen existiert ein stufenloses Getriebe zum Erzeugen zweier Modi durch Kombinieren des stufenlosen Toroidalgetriebes und der Planetenräder, jedoch werden die positiven und negativen Seiten des Drehmoments bei vielen Gestaltungen zum Zeitpunkt einer Modusänderung umgekehrt. Beispielsweise existiert ein stufenloses Zwei-Modus-Getriebe, wie etwa im U.S. Patent Nr. 6,251,039 offenbart.
Jedoch hat das stufenlose Toroidalgetriebe eine Charakteristik, dass, wenn das Drehmoment geändert wird, sich die Drehzahl ändert, wie in 7 dargestellt. 7 zeigt die Ergebnisse einer Messung zu einem Zeitpunkt, zu welchem die Drehzahl auf bzw. um 2000 Umdrehungen festgelegt wurde, die Öltemperatur und ähnliches auf eine Temperatur nahe der Temperatur während einer tatsächlichen Fahrzeugfahrt gesteuert wurden und keine Gangwechselbefehle ausgegeben wurden, sondern lediglich das Drehmoment geändert wurde. Wenn das Drehmoment in dieser Weise geändert wird, erfährt das stufenlose Toroidalgetriebe eine Drehzahländerung trotz der Tatsache, dass keine Drehzahländerung ausgegeben wurde.
Die folgenden Gründe werden als die Ursachen für diese Drehzahländerung angesehen.

(1) Wenn eine Last angewandt wird auf das stufenlose Toroidalgetriebe, treten Traktionskräfte in der Vertikalrichtung (der Richtung der Neigungsachse des die Kraftrolle tragenden Zapfens) auf, die Kraft des Kolbens einer Vorrichtung zum Bewegen des Zapfens wirkt in der entgegengesetzten Richtung als Reaktionskraft davon. Selbstverständlich existieren Zwischenräume in einem Radialnadelrollenlager, welches die Kraftrolle trägt, und einem Radialnadelrollenlager, welches den Drehzapfen trägt. Aus diesem Grund bewegt sich, wenn eine Last angewandt wird, der Innenring der Kraftrolle in der Vertikalrichtung um den Gesamtsummenabschnitt dieser Zwischenräume. Mit einer Bewegung dieser Kraftrolle in der Vertikalrichtung tritt ein Seitwärtsrutschen auf, mit dem Ergebnis, dass die Kraftrolle eine Drehzahländerung erfährt.
(2) Außerdem ändert sich das Übersetzungsverhältnis bezüglich der Last des Drehmoments infolge der Wirkung der Ablenkung einer Zapfenwelle, bewirkt durch die elastische Verformung des Zapfens. In einem Traktionsantrieb ist es erforderlich zu bewirken, dass eine Druckkraft auf den Traktionskontaktpunkt wirkt, und diese Kraft wird durch den Zapfen getragen.

Außerdem wird der Zapfen getragen durch zwei Joche, und die Kräfte, welche zwischen den beiden Abschnitten des Zapfens in der Rückwärts- und Vorwärtsrichtung und der Links- und Rechtsrichtung auftreten, werden aufgehoben. Dementsprechend nimmt der Zapfen einen Zustand an, in welchem eine Last angewandt wird auf einen an zwei Punkten getragenen Träger, so dass der Zapfen natürlich eine elastische Verformung erfährt. Folglich wird, obwohl eine Zapfenwelle selbst nicht elastisch verformt wird, da sie keinen Kräften ausgesetzt ist, die Zapfenwelle berührt von der elastischen Verformung des Zapfens, mit dem Ergebnis, dass die Zapfenwelle sich neigt. Folglich bewegt sich der Kontaktpunkt zwischen einem Präzessionsnocken einer Vorrichtung zum Bewegen des Zapfens und einer Ventilverbindung, so dass der Steuerschieber sich in der Axialrichtung bewegt. Folglich wird das Ventil geschnitten, und der Differenzdruck tritt auf, was zum Auftreten der Drehzahländerung führt. Infolge der Kombination dieser Faktoren erfährt, wie in 7 dargestellt, bei Anwendung des Drehmoments das stufenlose Toroidalgetriebe eine Drehzahländerung trotz der Tatsache, dass kein Drehzahländerungsbefehl ausgegeben wurde.
Wenn die Änderung der Drehzahländerung derart ist, dass sie stabil auftritt, ist es möglich, das Auftreten eines Rucks bei einer Drehzahländerung durch Ausgeben eines Drehzahländerungsbefehls zu unterdrücken. Jedoch muss die Situation vermieden werden, bei welcher eine Steuerung zum Zeitpunkt der Modusänderung instabil wird, das heißt, wenn sich ein Drehmoment geändert hat. Ferner versucht zum Zeitpunkt der Modusumschaltung der Fahrer nicht, die Modusänderung durchzuführen, und die Modusänderung findet statt, während sich der Fahrer dessen nicht bewusst ist. Dementsprechend wird, wenn die Zeitdauer einer Verbindung und Trennung der Kupplung in dieser Modusänderung lang ist, der Zustand derart, dass keine Kraft erzeugt wird, so dass der Fahrer ein Gefühl von Unbehaglichkeit infolge eines derartigen Hochdrehens des Motors verspürt.
Daraus geht deutlich hervor, dass die Modusänderung stabil durchgeführt werden muss, und gleichzeitig, dass die Modusänderung durch ein momentanes Verschieben der Kupplung in kurzer Zeit abgeschlossen werden muss.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung wurde gemacht vor dem Hintergrund der oben beschriebenen Umstände, und es ist deren Aufgabe, ein stufenloses Getriebe zu schaffen, welches dem Fahrer kein unbehagliches Gefühl vermittelt, in dem es das Auftreten eines Drehzahländerungsrucks unterdrückt durch Erhalten stabiler Drehmomentänderungen bei der Modusänderung.
Um die obige Aufgabe zu lösen, ist erfindungsgemäß ein stufenloses Toroidalgetriebe vorgesehen, umfassend:
eine durch eine Antriebsquelle drehbar angetriebene Eingangswelle;
eine Ausgangswelle zum Herausnehmen von Leistung auf der Grundlage der Drehung der Eingangswelle;
ein stufenloses Toroidalgetriebe;
eine Planetenradvorrichtung, umfassend:
ein Sonnenrad;
ein Tellerrad, angeordnet um das Sonnenrad; und
ein Planetenrad, vorgesehen zwischen dem Sonnenrad und dem Tellerrad,
wobei die beiden Übertragungspfade vorgesehen sind zum Übertragen der Kraft von der Antriebsquelle zur Ausgangswelle und
wobei die zum ersten und zweiten Kraftübertragungssystem übertragene Kraft zur Konvergenz zu den beiden Rädern des Sonnenrads, des Tellerrads und des Planetenrads gebracht wird und ein verbleibendes Rad, welches von den beiden Rädern verschieden ist, mit der Ausgangswelle verbunden ist; und
eine Modusumschaltvorrichtung, welche ein Umschalten während einer Vorwärtsbewegung durchführt zwischen einem ersten Modus für eine Niedrigdrehzahlseite und einem zweiten Modus für eine Hochdrehzahlseite, wobei die Umschaltung durchgeführt wird zwischen dem ersten und dem zweiten Modus durch die Betätigung eines Verbindens und Trennens einer ersten Moduskupplung und einer zweiten Moduskupplung,
wobei die Betätigung eines Durchführens der Umschaltung zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus in 0,2 bis 1 Sekunde durchgeführt wird.
Ferner können beim stufenlosen Getriebe die beiden Kraftübertragungspfade das erste Kraftübertragungssystem zum Übertragen der Kraft zu der Planetenradvorrichtung über das stufenlose Toroidalgetriebe und das zweite Kraftübertragungssystem zum Übertragen der Kraft zu der Planetenradvorrichtung, ohne durch das stufenlose Toroidalgetriebe geleitet zu werden, sein.
Ferner kann beim stufenlosen Getriebe die Modusumschaltvorrichtung eine Steuerschaltung sein, welche die Betätigung eines Verbindens und Trennens der ersten Moduskupplung und der zweiten Moduskupplung durchführt in Reaktion auf ein Ausgangssignal der Steuerschaltung.
Außerdem kann beim stufenlosen Getriebe das stufenlose Toroidalgetriebe von einem Einfachhohlraumtyp sein.
Ferner kann beim stufenlosen Getriebe das stufenlose Toroidalgetriebe von einem Doppelhohlraumtyp sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist ein Skelettdiagramm eines stufenlosen Getriebes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 ist ein Blockdiagramm einer Modusumschaltvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
3 ist ein Diagramm, welches einen Fall darstellt, bei welchem das Drehmoment beim ersten Ausführungsbeispiel plötzlich geändert wird.
4 ist ein Diagramm, welches die Drehmomentänderung in einem Fall darstellt, bei welchem die Modusumschaltzeit für Kupplungen geändert wird, wobei die Anzahl einer Eingangsumdrehung auf 2000 Umdrehungen beim ersten Ausführungsbeispiel festgelegt ist;
5 ist ein Diagramm, welches die Drehmomentänderung in einem Fall darstellt, in welchem die Kupplungsmodusumschaltzeit geändert wurde, wobei die Anzahl der Eingangsumdrehung auf 3000 Umdrehungen beim ersten Ausführungsbeispiel festgelegt ist;
6 ist ein Diagramm, welches die Drehmomentänderung in einem Fall darstellt, in welchem die Kupplungsmodusumschaltzeit geändert wurde, wobei die Anzahl einer Eingangsumdrehung auf 4000 Umdrehungen beim ersten Ausführungsbeispiel festgelegt ist.
7 ist ein Diagramm, welches einen Zustand darstellt, in welchem bei Anwendung des Drehmoments ein stufenlose Toroidalgetriebe eine Drehzahländerung trotz der Tatsache erfährt, dass kein Drehzahländerungsbefehl beim ersten Ausführungsbeispiel ausgegeben wurde;
8 ist eine Querschnittsansicht von wesentlichen Abschnitten, welche ein stufenloses Getriebe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;
9 ist eine vergrößerte Ansicht eines linksseitigen Abschnitts von 8;
10 ist eine Querschnittsansicht längs einer Linie A-A in 8; und
11 ist ein Blockdiagramm, welches eine Modusumschalteinrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel darstellt.
Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung werden die Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein stufenloses Getriebe gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ausgestattet mit einer Eingangswelle 217, verbunden mit der Kurbelwelle 216 eines Motors 215, welcher eine Antriebsquelle ist, und durch diesen Motor 215 drehbar angetrieben wird. Eine Startkupplung 218 ist vorgesehen zwischen dem eingangsseitigen Endabschnitt (dem linken Endabschnitt in 1) der Eingangswelle 217 und dem ausgangsseitigen Endabschnitt (dem rechten Endabschnitt in 1) der Kurbelwelle 216 in Reihe mit der Kurbelwelle 216 und der Eingangswelle 217. Dementsprechend sind im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Kurbelwelle 216 und die Eingangswelle 217 konzentrisch zueinander angeordnet. Hingegen ist eine Ausgangswelle 219 zum Herausnehmen von Kraft auf der Grundlage der Drehung der Eingangswelle 217 parallel zur Eingangswelle 217 angeordnet. Ein stufenloses Toroidalgetriebe eines Einfachhohlraumtyps 220 ist vorgesehen um die Eingangswelle 217, und eine Planetenradvorrichtung 221 ist vorgesehen um die Ausgangswelle 219.
Eine Nockenscheibe 210, welche das stufenlose Toroidalgetriebe 220 bildet, ist befestigt am Zwischenabschnitt hin zum ausgangsseitigen Endabschnitt (nach rechts in 1) der Eingangswelle 217. Ferner werden eine Eingangsseitenscheibe 202 und eine Ausgangsseitenscheibe 204 getragen um die Eingangswelle 217 zur unabhängigen Drehung relativ zur Eingangswelle 217 durch Lager, nicht dargestellt, wie etwa Nadellager. Rollen 212 sind angeordnet zwischen einer Nockenfläche 213, ausgebildet auf einer Fläche (der linken Fläche bei Betrachtung in 1) der Nockenscheibe 210 und einer Nockenfläche 214, ausgebildet auf der außenseitigen Fläche der Eingangsseitenscheibe 202, um dadurch eine Druckvorrichtung 209 zu bilden. Dementsprechend wird die Eingangsseitenscheibe 202 mit der Drehung der Eingangswelle 217, während sie hin zur Ausgangsseitenscheibe 204 gedrückt wird, gedreht.
Eine Vielzahl (gewöhnlich zwei bis drei) von Kraftrollen 208 sind angeordnet zwischen der Innenfläche 202a der Eingangsseitenscheibe 202 und der Innenseite 204a der Ausgangsseitenscheibe 204, und die Umfangsflächen 208a dieser Kraftrollen 208 werden in Kontakt gebracht mit den oben erwähnten Innenflächen 202a und 204a. Diese Kraftrollen 208 werden drehbar getragen durch nicht dargestellte Zapfen und Verschiebungswellen. Das stufenlose Toroidalgetriebe 220 ändert, wie das bis jetzt gut bekannte stufenlose Toroidalgetriebe, das Übersetzungsverhältnis zwischen der Eingangsseitenscheibe 202 und der Ausgangsseitenscheibe 204 durch Schwenken der Zapfen und Ändern des Neigungswinkels der Verschiebungswellen, welche die Kraftrollen 208 tragen.
Ein Sonnenrad 222, welches die Planetenradvorrichtung 221 bildet, ist befestigt am eingangsseitigen Endabschnitt (dem rechten Endabschnitt bei Betrachtung in 1) der Ausgangswelle 219. Dementsprechend wird diese Ausgangswelle 219 mit der Drehung des Sonnenrads 222 gedreht. Ein Tellerrad 223 ist drehbar gelagert um das Sonnenrad 222, um konzentrisch mit dem Sonnenrad 222 zu sein. Eine Vielzahl (gewöhnlich drei) von Planetenradsätzen 224 sind vorgesehen zwischen der Innenumfangsfläche des Tellerrads 223 und der Außenumfangsfläche des Sonnenrads 222. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfassen diese Planetenradsätze 224 jeweils eine Kombination aus einem Paar von Planetenrädern 225a und 225b. Diese Paare von Planetenrädern 225a und 225b greifen ineinander, und das Planetenrad 225a, angeordnet auf der Außendurchmesserseite, wird in Eingriff mit dem Tellerrad 223 gebracht, während das Planetenrad 225b, angeordnet auf der Innendurchmesserseite, in Eingriff mit dem Sonnenrad 222 gebracht wird. Wie oben beschrieben, bringt jeder Planetenradsatz 224, gebildet durch ein Paar von Planetenrädern 225a und 225b, die Drehrichtungen des Tellerrads 223 und des Sonnenrads 222 in Übereinstimmung miteinander. Dementsprechend kann, wenn es im Hinblick auf die Beziehung mit anderen Bestandteilen nicht erforderlich ist, die Drehrichtungen des Tellerrads 223 und des Sonnenrads 222 in Übereinstimmung miteinander zu bringen, ein einzelnes Planetenrad in Eingriff sowohl mit dem Tellerrad 223 als auch mit dem Sonnenrad 222 gebracht werden.
Die Planetenradsätze 224, wie oben beschrieben, werden drehbar getragen auf einer Seitenfläche (der rechten Seitenfläche bei Betrachtung in 1) eines Trägers 226 durch Drehwellen 227a und 227b parallel zur Ausgangswelle 219. Der Träger 226 wird drehbar getragen auf dem Zwischenabschnitt der Ausgangswelle 219 durch ein nicht dargestelltes Lager, wie etwa ein Nadellager.
Ferner sind der Träger 226 und die Ausgangsseitenscheibe 204 miteinander verbunden, um in der Lage zu sein, eine Drehkraft zu übertragen durch eine erste Kraftübertragungsvorrichtung 228. Diese erste Kraftübertragungsvorrichtung 228 umfasst ein erstes und ein zweites Rad 229 und 230, welche ineinander greifen. Das heißt, das erste Rad 229 ist befestigt am Außenflächenabschnitt (der linken Seitenfläche bei Betrachtung in 1) der Ausgangsseitenscheibe 204, konzentrisch mit der Ausgangsseitenscheibe 204, während das zweite Rad 230 befestigt ist an einem Seitenflächenabschnitt (der linken Seitenfläche bei Betrachtung in 1) des Trägers 226, konzentrisch mit dem Träger 226. Dementsprechend wird der Träger 226 mit einer Drehzahl entsprechend der Anzahl von Zähnen des ersten und des zweiten Rads 229 und 230 in einer Richtung entgegengesetzt zur Richtung einer Drehung der Ausgangsseitenscheibe 204 mit der Drehung dieser Ausgangsseitenscheibe 204 gedreht.
Hingegen können die Eingangswelle 217 und das Tellerrad 223 miteinander verbunden sein, um in der Lage zu sein, eine Drehkraft zu übertragen durch eine zweite Kraftübertragungsvorrichtung 231. Diese zweite Kraftübertragungsvorrichtung 231 umfasst ein erstes und ein zweites Kettenrad 232 und 233 und eine Kette 234, welche sich zwischen diesen beiden Kettenrädern 232 und 233 erstreckt. Das heißt, das erste Kettenrad 232 ist befestigt am ausgangsseitigen Endabschnitt (dem rechten Endabschnitt bei Betrachtung in 1) der Eingangswelle 217, welche aus der Nockenscheibe 210 vorsteht, während das zweite Kettenrad 233 befestigt ist am eingangsseitigen Endabschnitt (dem rechten Endabschnitt bei Betrachtung in 1) einer Übertragungswelle 235. Diese Übertragungswelle 235 ist konzentrisch mit der Ausgangswelle 219 angeordnet und drehbar gelagert durch ein nicht dargestelltes Lager, wie etwa ein Wälzlager. Dementsprechend wird die Übertragungswelle 235 mit einer Drehzahl entsprechend den Anzahlen von Zähnen des ersten und des zweiten Kettenrads 232 und 233 in derselben Richtung wie die Eingangswelle 217 mit der Drehung dieser Eingangswelle 217 gedreht.
Das stufenlose Getriebe gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ausgestattet mit einer Kupplungsvorrichtung. Diese Kupplungsvorrichtung verbindet lediglich den Träger 226 oder die Übertragungswelle 235, welche ein Bestandteil der zweiten Kraftübertragungsvorrichtung 231 darstellen, mit dem Tellerrad 223. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels umfasst diese Kupplungsvorrichtung eine Kupplung 236 für eine niedrige Drehzahl entsprechend einer ersten Moduskupplung der Erfindung und eine Kupplung 237 für eine hohe Drehzahl entsprechend einer zweiten Moduskupplung der Erfindung. Die Kupplung 236 für niedrige Drehzahl ist vorgesehen zwischen dem Außenumfangskantenabschnitt des Trägers 226 und einem Axialendabschnitt (dem linken Endabschnitt bei Betrachtung in 1) des Tellerrads 223. Die Kupplung 236 für niedrige Drehzahl verhindert zum Zeitpunkt einer Verbindung die Relativdrehung des Sonnenrads 222, des Tellerrads 223 und der Planetenradsätze 224, welche die Planetenradvorrichtung 221 bilden, so dass das Sonnenrad 222 und das Tellerrad 223 einstückig verbunden sind. Ferner ist die Kupplung 237 für hohe Drehzahl vorgesehen zwischen der Übertragungswelle 235 und einer Mittelwelle 239, befestigt am Tellerrad 223 durch eine Tragplatte 238.
Wie in 2 dargestellt, ist eine Antriebseinheit 250 zum Antreiben der Kupplung 236 für niedrige Drehzahl und der Kupplung 237 für hohe Drehzahl elektrisch verbunden mit einer Steuerschaltung 252 entsprechend der Modusumschaltvorrichtung der Erfindung, und die Betätigung einer Verbindung und Trennung der Kupplung 236 für niedrige Drehzahl und der Kupplung 237 für hohe Drehzahl wird durchgeführt in Reaktion auf Ausgangssignale von der Steuerschaltung 252, wobei eine vorbestimmte Umschaltbetätigungszeit vorgesehen ist. Hier ist die Umschaltbetätigungszeit beim vorliegenden Ausführungsbeispiel auf 0,2 bis 1 Sekunde festgelegt.
Ferner ist, wie in 1 dargestellt, eine Kupplung 240 zur Rückwärtsbewegung vorgesehen zwischen dem Tellerrad 223 und einem festen Abschnitt, wie etwa einem (nicht dargestellten) Gehäuse des stufenlosen Getriebes. Diese Kupplung 240 zur Rückwärtsbewegung ist vorgesehen zum Drehen der Ausgangswelle 219 in der entgegengesetzten Richtung, um ein Auto rückwärts zu bewegen. Diese Kupplung 240 zur Rückwärtsbewegung wird getrennt, wenn die Kupplung 236 für niedrige Drehzahl oder die Kupplung 237 für hohe Drehzahl verbunden wird. Währenddessen werden, wenn diese Kupplung 240 zur Rückwärtsbewegung verbunden ist, sowohl die Kupplung 236 für niedrige Drehzahl als auch die Kupplung 237 für hohe Drehzahl getrennt. Das heißt, abgesehen von der Startkupplung 218, sind die verbleibenden drei Kupplungen 236, 237 und 240 derart angeordnet, dass, wenn eine von diesen verbunden wird, die übrigen beiden Kupplungen getrennt werden.
Ferner werden bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Ausgangswelle 219 und ein Differentialgetriebe 241 miteinander verbunden durch eine dritte Kraftübertragungsvorrichtung 245, welche ein drittes bis fünftes Rad 242 bis 244 umfasst. Dementsprechend wird, wenn die Ausgangswelle 219 gedreht wird, ein Paar aus einer rechten und einer linken Antriebswelle 246 durch die dritte Kraftübertragungsvorrichtung 245 und das Differentialgetriebe 241 gedreht, um dadurch die Antriebsräder des Autos drehbar anzutreiben.
Die Wirkung des stufenlosen Getriebes gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, aufgebaut wie oben beschrieben, ist wie folgt. Zuerst wird während einer Niedrigdrehzahlfahrt unter der Steuerung durch die Steuerschaltung 252 die Kupplung 236 für niedrige Drehzahl verbunden, während die Kupplung 237 für hohe Drehzahl und die Kupplung 240 zur Rückwärtsbewegung getrennt werden, wobei die Umschaltbetätigungszeit auf 0,2 bis 1 Sekunde festgelegt ist. Wenn in diesem Zustand die Starkupplung 218 verbunden und die Eingangswelle 217 gedreht wird, überträgt lediglich das stufenlose Toroidalgetriebe 220 Kraft von der Eingangswelle 217 auf die Ausgangswelle 219. Das heißt, mit der Verbindung der Kupplung 236 für niedrige Drehzahl werden das Tellerrad 223 und der Träger 226 einstückig miteinander verbunden, und die Relativdrehung der Räder 222, 223, 225a und 225b, welche die Planetenradvorrichtung 221 bilden, wird unmöglich. Ferner wird, wenn die Kupplung 237 für hohe Drehzahl und die Kupplung 240 zur Rückwärtsbewegung getrennt werden, das Tellerrad 223 drehbar, unabhängig von der Drehzahl der Übertragungswelle 235.
Dementsprechend wird, wenn in diesem Zustand die Eingangswelle 217 gedreht wird, diese Drehung übertragen auf die Eingangsseitenscheibe 202 durch die Druckvorrichtung 209 und wird weiter übertragen zur Ausgangsseitenscheibe 204 durch die Vielzahl von Kraftrollen 208. Die Drehung dieser Ausgangsseitenscheibe 204 wird übertragen auf den Träger 226 und das Tellerrad 223 durch das erste und das zweite Rad 229 und 230, welche die erste Kraftübertragungsvorrichtung 228 bilden. Wie oben beschrieben, ist in diesem Zustand die Relativdrehung der Räder 222, 223, 225a und 225b, welche die Planetenradvorrichtung 221 bilden, unmöglich, so dass die Ausgangswelle 219 mit der selben Drehzahl wie der Träger 226 und das Tellerrad 223 gedreht wird.
Die Wirkung selbst ist, wenn das Übersetzungsverhältnis zwischen der Eingangsseiten- und der Ausgangsseitenscheibe 202 und 204 sich während einer Niedrigdrehzahlfahrt ändert, ähnlich der Wirkung im Falle des bekannten stufenlosen Toroidalgetriebes. Selbstverständlich ist in diesem Zustand das Übersetzungsverhältnis zwischen der Eingangswelle 217 und der Ausgangswelle 219, das heißt, das Übersetzungsverhältnis als das stufenlose Gesamtgetriebe, proportional zum Übersetzungsverhältnis des stufenlosen Toroidalgetriebes 220. Ferner wird in diesem Zustand ein in dieses stufenlose Toroidalgetriebe 220 eingegebenes Drehmoment gleich einem auf die Eingangswelle 217 angewandten Drehmoment. Während einer Niedrigdrehzahlfahrt drehen das erste und das zweite Kettenrad 232 und 233 und die Kette 234, welche die zweite Kraftübertragungsvorrichtung 231 bilden, lediglich leer.
Hingegen wird während der Hochdrehzahlfahrt und der Steuerung durch die Steuerschaltung 252 die Kupplung 237 für hohe Drehzahl verbunden, während die Kupplung 236 für niedrige Drehzahl und die Kupplung 240 zur Rückwärtsbewegung getrennt werden, wobei die Umschaltbetätigungszeit zwischen 0,2 und 1 Sekunde festgelegt ist. Wenn in diesem Zustand die Startkupplung 218 verbunden und die Eingangswelle 217 gedreht wird, übertragen das erste und das zweite Kettenrad 232 und 233 und die Kette 234, welche die zweite Kraftübertragungsvorrichtung 231 bilden, sowie die Planetenradvorrichtung 221 Kraft von dieser Eingangswelle 217 auf die Ausgangswelle 219.
Das heißt, wenn die Eingangswelle 217 während der Hochdrehzahlfahrt gedreht wird, wird diese Drehung übertragen auf die Mittelwelle 239 durch die zweite Kraftübertragungsvorrichtung 231 und die Kupplung 237 für hohe Drehzahl, um dadurch das Tellerrad 223 zu drehen, woran die Mittelwelle 239 befestigt ist. Die Drehung dieses Tellerrads 223 wird wiederum übertragen auf das Sonnenrad 222 durch die Vielzahl von Planetenradsätzen 224, um dadurch die Ausgangswelle 219 zu drehen, woran das Sonnenrad 222 befestigt ist. Unter der Annahme, dass, wenn das Tellerrad 223 die Eingangsseite geworden ist, die Planetenradsätze 224 gestoppt werden (nicht um das Sonnenrad 222 drehen), führt die Planetenradvorrichtung 221 eine Drehzahlerhöhung bei einem Übersetzungsverhältnis entsprechend dem Verhältnis zwischen den Anzahlen von Zähnen des Tellerrads 223 und des Sonnenrads 222 durch. Jedoch dreht jeder der Planetenradsätze 224 um das Sonnenrad 222, und das Übersetzungsverhältnis als das stufenlose Gesamtgetriebe ändert sich in Übereinstimmung mit der Drehzahl dieser Planetenradsätze 224. Daher kann, wenn das Übersetzungsverhältnis des stufenlosen Toroidalgetriebes 220 geändert wird, um dadurch die Drehzahl der Planetenradsätze 224 zu ändern, das Übersetzungsverhältnis als das stufenlose Gesamtgetriebe eingestellt werden.
Als nächstes wird der Grund für die Betätigung beschrieben, bei welcher die Steuerschaltung eine Modusänderung durchführt durch Umschalten der Kupplung 236 für niedrige Drehzahl und der Kupplung 237 für hohe Drehzahl (Kupplungsverbindung und -trennung), wobei die Umschaltbetätigungszeit auf 0,2 bis 1 Sekunde festgelegt ist.
Unter Verwendung eines Analyseprogramms für das stufenlose Getriebe haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung eine Analyse anhand einer plötzlichen Änderung des Drehmoments durchgeführt, das heißt, an dem Fall, in welchem eine Modusänderung durch ein momentanes Umschalten der Kupplung 236 für niedrige Drehzahl und der Kupplung 237 für hohe Drehzahl erfolgt. Es sei darauf hingewiesen, dass ein Analyseprogramm verwendet wurde, bei welchem die Gültigkeit des Programms bestätigt wurde durch Durchführen einer Verifizierung nach Durchführen eines Vergleichs mit den Ergebnissen eines Experiments (z. B. 7) in dem Fall, in welchem das Drehmoment statisch geändert wurde.
Es wird ein Fall betrachtet, in welchem das Drehmoment plötzlich von 350 Nm auf –280 Nm geändert wird, wie in 3 dargestellt. In 3 wurde das Drehmoment in 0,2 Sekunden geändert. Eine Analyse wurde durchgeführt durch Ändern der Differenzzeit in Schritten von 0,1 bis 0,5 Sekunden.
Stabile Ergebnisse wurden erhalten in dem Fall, in welchem die Drehmomentänderung in 0,2 Sekunden oder mehr, wie beim vorliegenden Ausführungsbeispiel, durchgeführt wurde, wie in 4 dargestellt. Jedoch trat, wenn die Drehmomentänderung in 0,1 Sekunden erfolgte, ein Überschwingen und ein kleines Sägen auf, mit dem Ergebnis, dass eine Steuerung instabil wurde. In 4 wurde die Eingangsumdrehungszahl festgelegt auf 2000 Umdrehungen unter einer im Wesentlichen feststehenden Bedingung.
5 zeigt die Ergebnisse einer Analyse, bei welcher die Eingangsumdrehungszahl 3000 Umdrehungen betrug, und 6 zeigt die Ergebnisse einer Analyse, bei welcher die Eingangsumdrehungszahl 4000 Umdrehungen betrug. Diese Figuren zeigen, dass, je höher die Drehzahl, desto höher die Wirksamkeit, wenn die Modusänderung durch Umschalten der Kupplung 236 für niedrige Drehzahl und der Kupplung 237 für hohe Drehzahl erfolgt. Bei 4000 Umdrehungen wird, obwohl ein kleines Sägen beobachtet wurde, wenn die Drehmomentänderung in 0,2 Sekunden ausgeführt wurde, tritt kein Überschwingen auf. Es sei darauf hingewiesen, dass in sämtlichen Analysen das Übersetzungsverhältnis auf die hohe Seite eingestellt war.
Dadurch können stabile Ergebnisse einer Drehzahländerung erhalten werden, wenn die Modusänderung durchgeführt wird durch Ausführen der Drehmomentänderung in 0,2 oder mehr Sekunden, das heißt, durch Umschalten der Kupplung 236 für niedrige Drehzahl und der Kupplung 237 für hohe Drehzahl in 0,2 Sekunden oder mehr.
Außerdem wird, wenn die Zeit zum Verbinden bzw. Trennen der Kupplung lang ist, der Zustand derartig, dass die Übertragung von Kraft unterbrochen wird, so dass die Beschleunigung des Autos verloren geht und der Motor hochdreht. Dementsprechend ist es bevorzugt, dass die Zeitdauer der Modusänderung bzw. die Trennung des Drehmoments innerhalb einer Sekunde abgeschlossen ist.
Daher kann durch Ausführen der Modusänderung durch Umschalten der Kupplung 236 für niedrige Drehzahl und der Kupplung 237 für hohe Drehzahl in 0,2 bis 1 Sekunden eine stabile Drehmomentänderung erhalten werden, und das Auftreten eines Rucks bei einer Drehzahländerung wird unterdrückt, wodurch dem Fahrer kein unangenehmes Gefühl vermittelt wird.
Als nächstes zeigen 8 bis 11 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses stufenlose Getriebe umfasst eine eingangsseitige Drehwelle (Eingangswelle) 11b, eine Ausgangswelle 29a, ein stufenloses Toroidalgetriebe 19a, eine Planetenradvorrichtung 20a, eine erste Kraftübertragungseinrichtung 34a und eine zweite Kraftübertragungseinrichtung 40a. Die eingangsseitige Drehwelle 11b dieser Elemente ist verbunden mit einer Antriebswelle, wie etwa einem nicht dargestellten Motor, angeordnet auf der linken Seite in 8, und wird durch diese Antriebswelle drehbar angetrieben.
Die Ausgangswelle 29a dient zum Herausnehmen von Kraft auf der Grundlage der Drehung der eingangsseitigen Drehwelle 11b und ist verbunden mit einer nicht dargestellten Fahrzeugradantriebswelle über ein nicht dargestelltes Differentialgetriebe und ähnliches.
Das stufenlose Toroidalgetriebe 19a ist vom Doppelhohlraumtyp und ist ausgestattet mit drei Zapfen 7 und drei Kraftrollen 9 in jedem Hohlraum bzw. sechs Zapfen 7 und sechs Kraftrollen 9 insgesamt. Zum Aufbau eines derartigen stufenlosen Toroidalgetriebes 19a werden ein Paar von Eingangsseitenscheiben (Eingangsscheiben) 2A und 2B gelagert auf beiden Endabschnitten der eingangsseitigen Drehwelle 11b, um synchron mit der eingangsseitigen Drehwelle 11b drehbar zu sein, wobei die Innenflächen 2a davon einander gegenüberliegen. Von diesen Scheiben wird die Eingangsseitenscheibe 2A auf der linken Seite bei Betrachtung in 8 gelagert auf der eingangsseitigen Drehwelle 11b durch eine Kugel-Keilnut 43, um in Axialrichtung versetzbar zu sein. Hingegen ist die Eingangsseitenscheibe 2B auf der rechten Seite bei Betrachtung in 8 befestigt an der eingangsseitigen Drehwelle 11b als Rückfläche davon und wird gehalten durch eine Lastmutter 44 in einem Zustand, in welchem die Eingangsseitenscheibe 2B kerbverzahnt ist mit dem Spitzenabschnitt der eingangsseitigen Drehwelle 11b. Es sei darauf hingewiesen, dass eine Beilageplatte 45 zwischen dieser Lastmutter 44 und der Eingangsseitenscheibe 2B angeordnet ist.
Ferner werden ein Paar von Ausgangsseitenscheiben (Ausgangsscheiben) 4 derart gelagert, dass sie synchron miteinander zwischen dem Paar von Eingangsseitenscheiben 2A und 2B um den Zwischenabschnitt der eingangsseitigen Drehwelle 11b in einem Zustand drehbar sind, in welchem die jeweiligen Innenflächen 4a davon den Innenflächen 2a der jeweiligen eingangsseitigen Scheiben 2A und 2B gegenüberliegen. Ferner sind die Kraftrollen 9, jeweils drehbar gelagert auf der Innenfläche des Zapfens 7, angeordnet zwischen den Innenflächen 2a und 4a jeder der Eingangsseitenscheiben 2A und 2B und jeder der Ausgangsseitenscheiben 4. Druckkugellager 14 zum Ermöglichen der Drehung der Kraftrollen 9 während eines Tragens der Last in der Druckrichtung, angewandt auf die Kraftrollen 9, sowie Drucknadelrollenlager 15 zum Tragen der Drucklast, angewandt von den Kraftrollen 9 auf Außenringe 16, welche die Druckkugellager 14 bilden, sind in dieser Reihenfolge vorgesehen ausgehend von den Seiten der Außenflächen der jeweiligen Kraftrollen 9 und zwischen den Außenflächen der jeweiligen Kraftrollen 9 und den Innenflächen der Zwischenabschnitte der jeweiligen Zapfen 7.
Zum Lagern der Zapfen 7 ist ein Joch 48 gelagert und befestigt an einem Anbringungsabschnitt 47, vorgesehen auf der Innenfläche eines Gehäuses 5a, mittels Wellen 50, welche in Anbringungslöchern 49 in drei Positionen eines Außendurchmesser-seitigen Endabschnitts dieses Jochs 48 eingesetzt sind, und Muttern 51, welche sich in Gewindeeingriff auf diesen Wellen 50 befinden. Bei dem dargestellten Beispiel ist ein Getriebegehäuse 52 befestigt zwischen dem Anbringungsabschnitt 47 und dem Joch 48 durch die Weilen 50 und die Muttern 51. Auf der Innendurchmesserseite dieses Getriebegehäuses 52 ist eine Ausgangshülse 53, womit das oben erwähnte Paar von Ausgangsseitenscheiben 4 mit den beiden Endabschnitten davon in Eingriff ist durch eine konkave/konvexe Anordnung, drehbar gelagert durch ein Paar von Rollenlagern 54, und ein Ausgangszahnrad 12b, vorgesehen auf einer Außenumfangsfläche der Zwischenfläche dieser Ausgangshülse 53, ist untergebracht in dem oben erwähnten Getriebegehäuse 52.
Außerdem ist das Joch 48 als ganzes ausgebildet in einer Sternform, und der in Radialrichtung dazwischen liegende Abschnitt davon bzw. der Außendurchmesserseitenabschnitt ist ausgebildet in einer gegabelten Weise, wodurch drei Halteabschnitte 55 in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung ausgebildet sind. Ein Zwischenabschnitt jedes Tragstücks 56 ist drehbar gelagert durch jede zweite Drehwelle 57 in dem in Radialrichtung dazwischen liegenden Abschnitt jedes dieser Halteabschnitte 55. Jedes dieser Tragstücke 56 ist gebildet durch einen zylindrischen Anbringungsabschnitt 58, angeordnet um jede zweite Drehwelle 57, und ein Paar von Tragplattenabschnitten 59, welche in Radialrichtung nach außen ausgehend von der Außenumfangsfläche dieses Anbringungsabschnitts 58 vorstehen. Der Schnittwinkel des Paars von tragbaren Abschnitten 59 beträgt 120°. Dementsprechend sind die Tragplattenabschnitte 59 der in Umfangsrichtung benachbarten Tragstücke 56 parallel zueinander.
Kreislöcher 60 sind jeweils ausgebildet in den Tragplattenabschnitten 59, welche derart aufgebaut sind. In einem Fall, in welchem jedes der Tragstücke 56 sich in einem Neutralzustand befindet, sind die Kreislöcher 60, gebildet in den Tragplattenabschnitten 59 der in Umfangsrichtung benachbarten Tragstücke 56, konzentrisch zueinander. Ferner sind in den jeweiligen Kreislöchern 60 Drehwellen 6, vorgesehen auf beiden Endabschnitten jedes Zapfens 7, durch Radialnadelrollenlager 61 gelagert. Die Außenumfangsflächen von Außenringen 62, welche diese Radialnadelrollenlager 61 bilden, sind zu kugelartigen konvexen Flächen ausgebildet. Die so aufgebauten Außenringe 62 sind ohne Spiel in die Kreislöcher 60 in einer derartigen Weise eingesetzt, dass sie schwenkbar und verschiebbar sind. Außerdem sind kreisartige bogenförmige Langlöcher 63, konzentrisch mit den oben erwähnten Kreislöchern 60, ausgebildet in Abschnitten der Tragplattenabschnitte 59, und der Betrag eines Zwischenraums in der Richtung der Drehwelle jedes Zapfens 7 ist angrenzend, so dass kein Spiel existiert, durch Verwenden in jedem dieser Langlöcher 63 einer Stellschraube 64, welche vorstehend vorgesehen ist auf einer Endfläche (Schulterabschnitt) jedes Zapfens 7.
Jede der Kraftrollen 9 ist gelagert durch eine Verschiebungswelle 8 auf der Innenfläche jedes der Zapfen 7, welche derart im Gehäuse 5 gelagert sind. Ferner werden Umfangsflächen 9a der Kraftrollen 9 und die Innenflächen 2a und 4a der jeweiligen Scheiben 2A, 2B und 4 zum Anschlag gegeneinander gebracht. Eine hydraulische Druckvorrichtung 28a ist vorgesehen zwischen der Innenseitenscheibe 2A und der eingangsseitigen Drehwelle 11b auf der proximalen Endseite zum Sicherstellen des Flächendrucks der Anschlagabschnitte (Traktionsabschnitte) der jeweiligen Flächen 9a, 2a und 4a, wodurch gewährleistet wird, dass die Übertragung von Kraft durch das stufenlose Toroidalgetriebe 19a wirksam ausgeführt werden kann.
Zum Bilden der Druckvorrichtung 28a ist ein nach außen weisender Flanschabschnitt 65 fest vorgesehen auf einem Abschnitt nahe dem proximalen Ende der Außenfläche der eingangsseitigen Drehwelle 11b, und eine Zylindertrommel 66 ist extern eingesetzt und öldicht gehalten auf der Innenseitenscheibe 2A auf der proximalen Endseite in einer derartigen Weise, dass sie in Axialrichtung ausgehend von der Außenfläche (ausgehend von der linken Fläche bei Betrachtung in 8 und 9) dieser Eingangsseitenscheibe 2A vorsteht. Der Innendurchmesser der Zylindertrommel 66 ist klein im Axialzwischenabschnitt davon und groß an den beiden Endabschnitten davon, und die Eingangsseitenscheibe 2A ist intern und öldicht eingesetzt in den Großdurchmesserabschnitt auf der distalen Endseite dieser Abschnitte. Außerdem ist ein einwärts weisender geflanschter Trennplattenabschnitt 67 vorgesehen auf der Innenumfangsfläche des Zwischenabschnitts der Zylindertrommel 66, und ein erstes Kolbenelement 68 ist vorgesehen zwischen der Innenumfangsfläche der Zylindertrommel 66 und der Außenumfangsfläche der eingangsseitigen Drehwelle 11b.
Dieses erste Kolbenelement 68 hat eine auswärts weisende geflanschte Trennplatte 70, ausgebildet, auf der Außenumfangsfläche des Zwischenabschnitts eines Tragzylinderabschnitts 69, welcher in der Lage ist, extern auf die eingangsseitige Drehwelle 11b gesetzt zu werden. Die Außenumfangskante dieser Trennplatte 70 wird in Gleitkontakt mit dem Kleindurchmesserabschnitt des Zwischenabschnitts der Innenumfangsfläche der Zylindertrommel 66 öldicht in einer derartigen Weise gebracht, dass sie in Axialrichtung verschiebbar ist. Außerdem wird in diesem Zustand die Innenumfangskante des oben erwähnten Trennplattenabschnitts 67 in Gleitkontakt gebracht mit der Außenumfangsfläche des Tragzylinderabschnitts 69 öldicht in einer derartigen Weise, dass sie in Axialrichtung verschiebbar ist. Ferner ist ein ringartiges zweites Kolbenelement 71 vorgesehen zwischen der Außenumfangsfläche des proximalen Endabschnitts des Tragzylinderabschnitts 69 und der Innenumfangsfläche des proximalen Endabschnitts der Zylindertrommel 66. Dieses zweite Kolbenelement 71 hat eine proximale Endseitenfläche, welche gegen den Flanschabschnitt 65 anschlägt, um dadurch eine Axialverschiebung davon zu verhindern, und erhält die Öldichtheit unter den Innen- und Außenumfangskanten davon, der Außenumfangsfläche des proximalen Endabschnitts des Tragzylinderabschnitts 69 und der Innenumfangsfläche des proximalen Endabschnitts der Zylindertrommel 66 aufrecht.
Außerdem wird die Zylindertrommel 66 mit dem Trennplattenabschnitt 67 durch eine konusartige Scheibenfeder 72, welche zwischen diesem Trennplattenabschnitt 67 und dem zweiten Kolbenelement 71 angeordnet ist, hin zur Eingangsseitenscheibe 2A gedrückt. Dementsprechend wird diese Eingangsseitenscheibe 2A durch eine Druckkraft gedrückt, so dass sie eine Druckkraft ausübt, welche mindestens so groß ist wie die Elastizität der jeweiligen Flächen 9a, 2a und 4a (selbst in dem Zustand, in welchem Drucköl in die Druckvorrichtung 28a eingeführt wird). Dementsprechend ist diese Elastizität in einem derartigen Grad begrenzt, dass ein Rutschen an den Anschlagabschnitten der jeweiligen Flächen 9a, 2a und 4a nicht auftritt (ausschließlich des Kolbens, für welchen ein Rutschen unvermeidbar ist), wenn die Übertragung von sehr kleiner Kraft durchgeführt durch das stufenlose Toroidalgetriebe 19a.
Außerdem wird die Übertragung der Drehkraft von einer Antriebswelle 80 auf die eingangsseitige Drehwelle 11b durchgeführt durch den Flanschabschnitt 65. Aus diesem Grund sind Kerben 83 ausgebildet an einer Vielzahl von Abschnitten des Außenumfangskantenabschnitts dieses Flanschabschnitts 65, und diese Kerben 83 und Antriebsvorsprünge 84, ausgebildet an den Endabschnitten der Antriebswelle 80, werden in Eingriff miteinander gebracht. Folglich ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein auswärts weisender geflanschter Verbindungsabschnitt 85 vorgesehen an dem Endabschnitt der Antriebswelle 80, und die Antriebsvorsprünge 84 sind vorstehend vorgesehen auf Endabschnitten nahe dem Außendurchmesser einer Fläche dieses Verbindungsabschnitts 85.
Ferner ist jeder der Zapfen 7 ausgestattet mit einem Paar von hydraulischen Aktuatoren 17a und 17b, um jeden Zapfen 7 verschiebbar und antriebsfähig in der Axialrichtung der Drehwellen 6, vorgesehen an beiden Endabschnitten davon, zu machen. Von diesen Zapfen 7 ist der Zapfen 7 im unteren Mittelabschnitt in 10 verschiebbar und antriebsfähig in der Axialrichtung der Drehwellen 6, vorgesehen auf beiden Endabschnitten davon, über Hebelarme 86 durch das Paar von Aktuatoren 17a gemacht, welche jeweils vom Einfachwirktyp sind (lediglich eine Kraft in der Ausdehnungsrichtung wird erhalten), und die Druckrichtungen davon sind einander entgegengesetzt. In dem Fall, in welchem der Zapfen 7 zu verschieben ist, wird ein Öldruck zugeführt in die Hydraulikkammer jedes der Aktuatoren 17a, und die Hydraulikkammer des anderen Aktuators 17a wird in einen Freigabezustand versetzt. Hingegen wird jeder der Zapfen 7 auf beiden Seiten des oberen Abschnitts in 10 verschiebbar und antriebsfähig in der Axialrichtung der Drehwellen 6, vorgesehen auf beiden Endabschnitten davon, durch ein Paar von Doppelwirkaktuatoren 17b ausgeführt (eine Kraft in der Ausdehnungsrichtung bzw. der Zurückziehwirkung wird erhalten auf der Grundlage des Umschaltens der Zufuhr bzw. Entladerichtung des Drucköls).
Die Verschiebung der insgesamt sechs Zapfen 7, vorgesehen im stufenlosen Toroidalgetriebe 19a, wird durchgeführt für jeweils dieselbe Länge und synchron miteinander durch Zuführen bzw. Entladen gleicher Mengen von Drucköl zu den jeweiligen Aktuatoren 17a und 17b durch Steuerventile. Aus diesem Grund ist ein Präzessionsnocken 88 befestigt an einem Endabschnitt einer Stange 87, welche zusammen mit einem der Zapfen 7 (beim dargestellten Beispiel der obere linke bei Betrachtung in 10) verschoben wird, so dass die Stellung des Zapfens 7 übertragbar ist auf einen Steuerschieber 90 des Steuerventils über eine Verbindung 89.
Die Planetenradvorrichtung 20a umfasst ein Sonnenrad 30, ein Tellerrad 21 und Planetenradsätze 32. Von diesen Elementen ist das Sonnenrad 30 befestigt am eingangsseitigen Endabschnitt (dem linken Endabschnitt bei Betrachtung in 8) der Ausgangswelle 29a. Dementsprechend dreht diese Ausgangswelle 29a mit der Drehung des Sonnenrads 30. Das Tellerrad 21 ist konzentrisch und drehbar mit dem Sonnenrad 30 um dieses Sonnenrad 30 gelagert. Ferner sind die Vielzahl von Planetenradsätzen 32, welche jeweils ein Paar von Planetenrädern 31a und 31b kombinieren, vorgesehen zwischen der Innenumfangsfläche des Tellerrads 21 und der Außenumfangsfläche des Sonnenrads 30. Jedes Paar von Planetenrädern 31a und 31b wird in Eingriff miteinander gebracht, und das Planetenrad 31a, angeordnet auf der Außendurchmesserseite, wird in Eingriff mit dem Tellerrad 21 gebracht, während das Planetenrad 31b, angeordnet auf der Innendurchmesserseite, in Eingriff mit dem Sonnenrad 30 gebracht wird. Diese Planetenradsätze 32 sind drehbar gelagert auf einer Seitenfläche (der linken Seitenfläche bei Betrachtung in 8) eines Trägers 33. Außerdem ist dieser Träger 33 drehbar gelagert um den Zwischenabschnitt der oben erwähnten Ausgangswelle 29a.
Außerdem sind der Träger 33 und das Paar von Ausgangsseitenscheiben 4 zum Bilden des stufenlosen Toroidalgetriebes 19a durch die erste Kraftübertragungseinrichtung 34a in einem derartigen Zustand verbunden, dass es möglich ist, die Drehkraft zu übertragen. Zum Bilden dieser ersten Kraftübertragungseinrichtung 34a ist eine Drehwelle 35a parallel zur eingangsseitigen Drehwelle 11b und der Ausgangswelle 29a vorgesehen, und ein Zahnrad 91, befestigt an einem Endabschnitt (dem linken Endabschnitt bei Betrachtung in 8) dieser Übertragungswelle 35a ist in Kontakt gebracht mit dem Außenzahnrad 12b. Außerdem ist eine Hülse 94 drehbar angeordnet um den Zwischenabschnitt der Ausgangswelle 29a, und ein Zahnrad 95, gelagert auf der Außenumfangsfläche dieser Hülse 94, und ein Zahnrad 96, fest vorgesehen auf dem anderen Endabschnitt (dem rechten Endabschnitt bei Betrachtung in 8) der Übertragungswelle 35a, sind über ein (nicht dargestelltes) Leerlaufzahnrad in Eingriff miteinander gebracht. Ferner ist der Träger 33 gelagert um die Hülse 94 über eine ringartige Verbindungsvorrichtung 97, um synchron mit der Hülse 94 drehbar zu sein. Dementsprechend dreht bei Drehung der Ausgangsseitenscheiben 4 der Träger 33 mit einer Drehzahl entsprechend der Anzahl von Zähnen der oben erwähnten Zahnräder 12b, 91, 95 und 96 in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung der Ausgangsseitenscheiben 4. Es sei darauf hingewiesen, dass eine Kupplung 41a für niedrige Drehzahl vorgesehen ist zwischen der Verbindungsvorrichtung 97 und dem Träger 33 einerseits und der Ausgangswelle 29a.
Hingegen sind die eingangsseitige Drehwelle 11b und das Tellerrad 21 verbindungsfähig in einem Zustand ausgeführt, welcher die Übertragung eines Drehmoments mittels der Eingangsseitenscheibe 2B, gelagert auf dem distalen Endabschnitt der eingangsseitigen Drehwelle 11b, und einer Übertragungswelle 23a, konzentrisch mit dieser eingangsseitigen Drehwelle 11b angeordnet, ermöglicht. Aus diesem Grund sind eine Vielzahl von vorstehenden Abschnitten 98 vorstehend vorgesehen auf Abschnitten der Außenfläche (der rechten Seitenfläche bei Betrachtung in 8 und 9) der Eingangsseitenscheibe 2B, welche halbe Abschnitte nahe am Außendurchmesser als der Mittelabschnitt der Außenfläche bezüglich der Radialrichtung sind. im Falle dieses Ausführungsbeispiels sind diese vorstehenden Abschnitte 98 jeweils kreisbogenförmig und sind aussetzend in gleichen Abständen auf denselben Kreisbögen mit der Mittelachse der Eingangsseitenscheibe 2B als Mitte davon angeordnet. Ferner sind gekerbte Halteabschnitte 99 zwischen den Umfangsendflächen der in Umfangsrichtung benachbarten vorstehenden Abschnitte 98 vorgesehen.
Hingegen ist ein Übertragungsflansch 101 vorgesehen an einem proximalen Endabschnitt der Übertragungswelle 23a über einen konischen rohrartigen Übertragungszylinderabschnitt 100. Ferner sind Übertragungsvorsprünge 102 in einer Anzahl gleich derjenigen gekerbten Halteabschnitte 99 ausgebildet auf dem Außenumfangskantenabschnitt dieses Übertragungsflanschs 101 in gleichen Abständen in der Umfangsrichtung. Ferner sind diese Übertragungsvorsprünge 102 und die gekerbten Halteabschnitte 99 in Eingriff miteinander, um die Übertragung des Drehmoments zwischen der Eingangsseitenscheibe 2B und der Übertragungswelle 23a zu ermöglichen. Da die Durchmesser von Eingriffsabschnitten dieser Übertragungsvorsprünge 102 und der gekerbten Halteabschnitte 99 ausreichend groß sind, kann ein ausreichend. großes Drehmoment zwischen der Eingangsseitenscheibe 2B und der Übertragungswelle 23a übertragen werden.
Dieses stufenlose Getriebe hat eine Kupplungsvorrichtung, umfassend eine Kupplung 24a für hohe Drehzahl, die Kupplung 41a für niedrige Drehzahl und eine Kupplung 42a für Rückwärtsbewegung. Diese Kupplungsvorrichtung umfasst Mehrscheibenkupplungen des Nasstyps, welche verbunden oder getrennt werden auf der Grundlage der Zuführung bzw. Entladung von Drucköl in daran angebrachte Hydraulikzylinder. In einem Fall, in welchem eine Kupplung verbunden wird, werden die verbleibenden Kupplungen getrennt.
Zuerst wird während einer Niedrigdrehzahlfahrt die Kupplung 41a für niedrige Drehzahl verbunden, während die Kupplung 24a für hohe Drehzahl und die Kupplung 42a für Rückwärtsbewegung getrennt werden. Wenn in diesem Zustand die eingangsseitige Drehwelle 11b dreht, überträgt lediglich das stufenlose Toroidalgetriebe 19a Kraft von der eingangsseitigen Drehwelle 11b zur Ausgangswelle 29a. Das heißt, in diesem Zustand wird die Drehung des Ausgangszahnrads 12b des stufenlosen Toroidalgetriebes 19a übertragen auf den Träger 33 durch die erste Kraftübertragungseinrichtung 34a. Wenn die Kupplung 41a für niedrige Drehzahl verbunden wird, ist die Planetenradvorrichtung 20a derart beschaffen, dass die einen Bestandteil davon bildenden Zahnräder 21, 30, 31a und 31b sich in einem relativ unverschiebbaren Zustand befinden, so dass die Drehung des Trägers 33, so wie sie ist, zum Sonnenrad 30 übertragen wird, wodurch die Ausgangswelle 29a dreht, auf welcher dieses Sonnenrad 30 fest vorgesehen ist.
Während einer Hochdrehzahlfahrt wird die Kupplung 24a für hohe Drehzahl verbunden, während die Kupplung 41a für niedrige Drehzahl und die Kupplung 42a für Rückwärtsbewegung mit einer Umschaltbetätigungszeit von 0,2 bis 1 Sekunde getrennt werden. Wenn in diesem Zustand die eingangsseitige Drehwelle 11b gedreht wird, übertragen die zweite Kraftübertragungseinrichtung 40a mit der Übertragungswelle 23a sowie die Planetenradvorrichtung 20a Kraft von dieser eingangsseitigen Drehwelle 11b zur Ausgangswelle 29a. Das heißt, wenn die eingangsseitige Drehwelle 11b während der Hochdrehzahlfahrt gedreht wird, wird diese Drehung übertragen zum Tellerrad 21 über die Übertragungswelle 23a, eine Verbindungsvorrichtung 104 und die Kupplung 24a für hohe Drehzahl. Ferner wird die Drehung dieses Tellerrads 21 wiederum übertragen zum Sonnenrad 30 über die Vielzahl von Planetenradsätzen 32, um dadurch die Ausgangswelle 29a, an welcher das Sonnenrad 30 befestigt ist, zu drehen. Daher kann, wenn das Übersetzungsverhältnis des stufenlosen Toroidalgetriebes 19a geändert wird, um dadurch die Drehzahl der Planetenradsätze 32 zu ändern, das Übersetzungsverhältnis als das stufenlose Toroidalgetriebe eingestellt werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Planetenradvorrichtung 20a gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Planetenradvorrichtung der Erfindung entspricht, die erste Kraftübertragungseinrichtung 34a dem ersten Kraftübertragungssystem der Erfindung entspricht, die zweite Kraftübertragungseinrichtung 40a dem zweiten Kraftübertragungssystem der Erfindung entspricht, die Kupplung 41a für niedrige Drehzahl der ersten Moduskupplung der Erfindung entspricht und die Kupplung 24a für hohe Drehzahl der Moduskupplung entspricht.
Hier ist, wie in 11 dargestellt, eine Antriebseinheit 110 zum Antreiben der Kupplung 41a für niedrige Drehzahl und der Kupplung 24a für hohe Drehzahl elektrisch verbunden mit einer Steuerschaltung 112 entsprechend der Modusumschaltvorrichtung der Erfindung, und die Betätigung einer Verbindung und Trennung der Kupplung 41a für niedrige Drehzahl und der Kupplung 24a für hohe Drehzahl wird ausgeführt in Reaktion auf Ausgangssignale von der Steuerschaltung 112, wobei eine vorbestimmte Umschaltbetätigungszeit vorgesehen ist. Die Umschaltbetätigungszeit beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist auf 0,2 bis 1 Sekunde festgelegt.
Die Wirkung des stufenlosen Getriebes gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, aufgebaut wie oben beschrieben, ist wie folgt: zuerst wird während der Niedrigdrehzahlfahrt unter der Steuerung durch die Steuerschaltung 112 die Kupplung 41a für niedrige Drehzahl verbunden, während die Kupplung 24a für hohe Drehzahl und die Kupplung 42a für Rückwärtsbewegung getrennt werden, wobei die Umschaltbetätigungszeit 0,2 bis 1 Sekunde beträgt. Wenn in diesem Zustand die Startkupplung verbunden wird und die eingangsseitige Drehwelle 11b gedreht wird, überträgt lediglich das stufenlose Toroidalgetriebe 19a Kraft von der eingangsseitigen Drehwelle 11b zur Ausgangswelle 29a. Das heißt, mit der Verbindung der Kupplung 41a für niedrige Drehzahl werden das Tellerrad 21 und der Träger 33 einstückig miteinander verbunden und die Relativdrehung der Zahnräder, welche die Planetenradvorrichtung 32 bilden, wird unmöglich. Ferner wird mit Trennung der Kupplung 24a für hohe Drehzahl und der Kupplung 42a für Rückwärtsbewegung das Tellerrad 21 unabhängig von der Drehzahl der Übertragungswelle 23a drehbar.
Ferner tritt, wenn die Steuerschaltung 112 eine Modusänderung durchführt durch Umschalten der Kupplung 41a für niedrige Drehzahl und der Kupplung 24a für hohe Drehzahl (Kupplungsverbindung und -trennung) mit der auf 0,2 bis 1 Sekunde festgelegten Umschaltbetätigungszeit, kein Überschwingen auf, und die Steuerung wird stabil, so dass Ergebnisse einer stabilen Drehzahländerung erhalten werden.
Dementsprechend wird das Auftreten eines Rucks bei einem Drehzahlwechsel unterdrückt, und dem Fahrer wird in derselben Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel kein unangenehmes Gefühl vermittelt.
Wie oben beschrieben ist, obwohl beschrieben wurde, dass die Erfindung wirksam ist für das stufenlose Getriebe, welches während des Niedrigdrehzahlmodus einen lediglich durch das stufenlose Toroidalgetriebe geleiteten Kraftübertragungspfad verwendet und während des Hochdrehzahlmodus zwei Kraftübertragungspfade verwendet, wie im U.S. Patent Nr. 5,888,160 offenbart, die Erfindung ebenfalls wirksam für ein System, bei welchem die positive und die negative Seite des Drehmoments wie beim Getriebeneutralzustand umgekehrt werden. Ferner wird die Erfindung auch ausgeführt für einen Fall, bei welchem die positive und die negative Seite des Drehmoments wie bei einer Motorbremse umgekehrt werden.
Wie oben beschrieben, ist es erfindungsgemäß möglich, ein stufenloses Getriebe vorzusehen, welches dem Fahrer kein unangenehmes Gefühl vermittelt, in dem es das Auftreten eines Drehzahländerungsrucks unterdrückt durch Erhalten stabiler Änderungen eines Drehmoments beim Moduswechsel zwischen der ersten Moduskupplung und der zweiten Moduskupplung.

Claims

Stufenloses Getriebe, umfassend: eine durch eine Antriebsquelle (215) drehbar angetriebene Eingangswelle (217); eine Ausgangswelle (219) zum Herausnehmen von Kraft auf der Grundlage der Drehung der Eingangswelle (217); ein stufenloses Toroidalgetriebe (220); eine Planetenradvorrichtung (221), umfassend: ein Sonnenrad (222); ein Tellerrad (223), angeordnet um das Sonnenrad (222); und ein Planetenrad (225a, 225b), vorgesehen zwischen dem Sonnenrad (222) und dem Tellerrad (223), wobei eine erste und eine zweite Kraftübertragungsvorrichtung (228, 231) vorgesehen sind zum Übertragen der Kraft von der Antriebsquelle (215) zur Ausgangswelle (219) und wobei die zur ersten und zweiten Kraftübertragungsvorrichtung (228, 231) übertragene Kraft zur Konvergenz zu zwei Rädern des Sonnenrads (222), des Tellerrads (223) und des Planetenrads (225a, 225b) gebracht wird und ein verbleibendes Rad, welches von den beiden Rädern verschieden ist, mit der Ausgangswelle (219) verbunden ist; und eine Modusumschaltvorrichtung, welche ein Umschalten während einer Vorwärtsbewegung durchführt zwischen einem ersten Modus für eine Niedrigdrehzahlseite und einem zweiten Modus für eine Hochdrehzahlseite, wobei die Umschaltung durchgeführt wird zwischen dem ersten und dem zweiten Modus durch die Betätigung eines Verbindens und Trennens einer ersten Moduskupplung (236) und einer zweiten Moduskupplung (237), dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung eines Durchführens der Umschaltung zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus in 0,2 bis 1 Sekunde durchgeführt wird.
Stufenloses Getriebe nach Anspruch 1, wobei die erste Kraftübertragungsvorrichtung (228) zum Übertragen der Kraft von der Planetenradvorrichtung (221) über das stufenlose Toroidalgetriebe (220) und die zweite Kraftübertragungsvorrichtung (231) zum Übertragen der Kraft von der Planetenradvorrichtung (221) ohne Leiten durch das stufenlose Toroidalgetriebe (220) ausgebildet sind, und wobei der erste Modus die erste Kraftübertragungsvorrichtung (228) und der zweite Modus die erste und die zweite Kraftübertragungsvorrichtung (228, 231) verwendet.
Stufenloses Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Modusumschaltvorrichtung eine Steuerschaltung (112) ist, welche die Betätigung eines Verbindens und Trennens der ersten Moduskupplung (236) und der zweiten Moduskupplung (237) in Reaktion auf ein Ausgangssignal der Steuerschaltung (112) ausführt.
Stufenloses Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das stufenlose Toroidalgetriebe (220) von einem Einfachhohlraumtyp ist.
Stufenloses Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das stufenlose Toroidalgetriebe (220) ein Doppelhohlraumtyp ist.