JP2005003142A - 無段変速機のベルト張力制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＷＤ係数の計算式を変更することにより、実験結果により近い回帰が得られ、適切なベルト張力に制御できる無段変速機のベルト張力制御方法を提供する。
【解決手段】駆動プーリ２と従動プーリ４との間にベルト５を巻き掛け、両プーリのプーリ溝幅を互いに逆方向に変化させて変速比を無段階に可変とするとともに、ベルトの緩み側にテンションローラを押し付けてベルト張力を得るテンショナ装置１１を備える。ベルト単位長さ当たりのプーリへの押付力であるＷＤ係数を駆動プーリおよび従動プーリのベルト巻き掛け長さＬ_ＤＲ，Ｌ_ＤＮに基づいて求めるとともに、単位巻き付き長さ当たりのベルトの有効張力であるＳＴ係数を求め、ＷＤ係数とＳＴ係数との関係式に基づいてテンショナ装置１１を制御する。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無段変速機のベルト張力制御方法、特にＶベルト式無段変速機におけるベルト張力を最適な値に制御する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特許第３２６７５９６号公報
【特許文献２】特開２００１−５９５４８号公報
一般的な無段変速機は、図４に示すように、駆動プーリ２０と従動プーリ２１との間にベルト２２を巻き掛け、両方のプーリの推力発生装置２３，２４によってプーリ溝幅を互いに逆方向に変化させ、変速比を制御すると同時にベルト張力を制御するものである。
無段変速機のベルト張力は、ベルトの滑り防止、高い伝達効率、ベルト寿命の向上などを達成するため、最適な値に調整する必要がある。ベルト張力の設定には、一般的にオイラーの式が利用され、有効張力Ｔｅでベルトの張り側張力Ｔ_１ と緩み側張力Ｔ_２ とを決定している。
【０００３】
ベルトの滑り限界におけるオイラーの式は以下の通りである。
【数３】

【数４】

上式において、ｅ：自然対数の底、θ：ベルト巻き掛け角度、μ：ベルトとプーリ間の摩擦係数、Ｔｅ：有効張力（＝入力軸トルク／駆動プーリのベルト巻き掛け径）である。
【０００４】
特許文献１には、駆動プーリと従動プーリとの間にベルトを巻き掛け、両プーリのプーリ溝幅を互いに逆方向に変化させて変速比を無段階に可変とする変速比可変機構を設けるとともに、ベルトの緩み側にテンションローラを押し付けてベルト張力を得るテンショナ装置を設けた無段変速機が提案されている。
図５はその一例であり、テンションローラ２５はベルト２２の緩み側に対して外側から圧接している。テンションローラ２５をベルト２２に押し付ける手段としては、ばねやアシストモータなどのアクチュエータが使用される。
【０００５】
ところが、この種の無段変速機の場合、オイラーの式に基づいてテンショナ装置を制御しても、適切なベルト張力を得ることができない。
図６は、実験結果からオイラーの式を用いて求めた伝動限界緩み側張力Ｔ_２ と有効張力Ｔｅとの関係を表したものである。すなわち、ベルト滑りが発生するポイントにおける緩み側張力Ｔ_２ と有効張力Ｔｅとをプロットしたものである。Ｈｉとは最高速比、Ｍｉｄとは中間変速比、Ｌｏとは最低速比を表す。
図から明らかなように、オイラーの式を用いた場合には、実験結果を１本の特性線で表す（回帰する）ことができないことがわかる。例えば、Ｌｏ時に一方の滑りポイントを基準にして回帰直線Ｔ_２ ＝０．０８５４Ｔｅを引いた場合、他方の滑りポイントは回帰直線から大きく外れている。具体的には、Ｌｏ時に１００Ｎ程度のベルト張力ですべりを防止できるにも拘わらず、回帰直線によると約２００Ｎ以上のベルト張力を掛けることになる。つまり、オイラーの式で求めたベルト張力Ｔ_２ は、本来必要なベルト張力Ｔ_２ に比べて過大張力となっている。同様に、Ｈｉ時に一方の滑りポイントを基準に回帰直線Ｔ_２ ＝０．１７０Ｔｅを引くと、他方の滑りポイントはこの直線から大きく外れており、Ｍｉｄ時に１つの滑りポイントを基準に回帰直線Ｔ_２ ＝０．１２６Ｔｅを引くと、他の滑りポイントはこの直線から大きく外れている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献２では、ベルト単位長さ当たりのプーリへの押付力であるＷＤ係数と、単位巻き付き長さ当たりのベルトの有効張力であるＳＴ係数との関係式を求め、上記関係式に基づいてベルトの伝動能力を評価する方法が提案されている。この方法は、変速比に関係なく実験値を１本の特性線で近似することが可能になる。ＷＤ係数は次式で与えられる。
ＷＤ＝（Ｔ_１ ＋Ｔ_２ ）／Ｄ
駆動プーリと従動プーリのぞれぞれのＷＤ係数を求め、その平均値を求めると次式のようになる。
【数５】

ここで、Ｄ_ＤＲ：駆動プーリの有効径、Ｄ_ＤＮ：従動プーリの有効径、Ｔ_１ ：ベルトの張り側張力、Ｔ_２ ：ベルトの緩み側張力である。
ＳＴ係数は次のように決定される。
ＳＴ＝（Ｔ_１ −Ｔ_２ ）／ｒθ
ここで、ｒ：プーリの有効半径、θ：ベルトの巻き掛け角度である。
ＳＴ係数についても、駆動プーリと従動プーリのぞれぞれのＳＴ係数の平均値を求めると、次式のようになる。
【数６】

ここで、ｒ_ＤＲ：駆動プーリの有効半径
ｒ_ＤＮ：従動プーリの有効半径
θ_ＤＲ：駆動プーリのベルト巻き掛け角度
θ_ＤＮ：従動プーリのベルト巻き掛け角度
【０００７】
図７は上記ＷＤ係数と平均ＳＴ係数との関係と、実験結果とを比較したものである。実験値は図６で使用したものと同じであり、ＬはＬｏを、ＭはＭｉｄを、ＨはＨｉをそれぞれ表す。
図７から分かるように、オイラーの式を用いた場合よりよい結果が得られたが、まだ十分な回帰が得られたとは言い難い。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、ＷＤ係数の計算式を変更することにより、実験結果により近い回帰が得られ、適切なベルト張力に制御できる無段変速機のベルト張力制御方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、駆動プーリと従動プーリとの間にベルトを巻き掛け、両プーリのプーリ溝幅を互いに逆方向に変化させて変速比を可変とする変速比可変機構を設けるとともに、ベルトの緩み側にテンションローラを押し付けてベルト張力を得るテンショナ装置を設けた無段変速機において、ベルト単位長さ当たりのプーリへの押付力であるＷＤ係数を次式（１）により求めるとともに、単位巻き付き長さ当たりのベルトの有効張力であるＳＴ係数を次式（２）により求め、ＷＤ係数とＳＴ係数との関係式に基づいて上記テンショナ装置を制御することを特徴とするベルト張力制御方法を提供する。
【数７】

【数８】

ここで、Ｌ_ＤＲ：駆動プーリのベルト巻き掛け長さ
Ｌ_ＤＮ：従動プーリのベルト巻き掛け長さ
Ｔ_１ ：ベルトの張り側張力
Ｔ_２ ：ベルトの緩み側張力
【００１０】
従来のＷＤ係数の計算式では、ベルト単位長さ当たりのプーリへの押付力を求めるために、プーリの有効径Ｄ_ＤＲ，Ｄ_ＤＮを用いていたが、これでは実際のベルト巻き掛け長さを考慮していないので、テンショナ装置によってベルトの緩み側を内側へ押し付ける方式の無段変速機では、実験結果との間で大きなずれが発生する。
そこで、本発明では、プーリの有効径Ｄ_ＤＲ，Ｄ_ＤＮに代えてベルト巻き掛け長さＬ_ＤＲ，Ｌ_ＤＮを用いてＷＤ係数を求めている。テンショナ装置を用いた無段変速機では、変速比によってベルト巻き掛け長さが大きく変化するため、ベルト巻き掛け長さＬ_ＤＲ，Ｌ_ＤＮを用いてＷＤ係数を求めれば、実験結果に近いＷＤ係数を求めることができる。その結果、最適なベルト張力に制御することが可能になる。
なお、ＳＴ係数の求め方は従前と同様である。
【００１１】
無段変速機には、プーリによって圧縮駆動される湿式の金属ベルトを使用したものと、プーリによって摩擦駆動される乾式ベルトを使用したものとがある。乾式ベルトとしては、例えば張力帯に複数のブロックを長手方向に一定ピッチで係止し、各ブロックのプーリとの接触面を樹脂などの摩擦材で形成した複合ベルトが知られている。
本発明のベルト張力制御方法は、ベルトがプーリに対して滑らないことが条件となるので、乾式ベルトを用いた無段変速機に適用するのが望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１，図２は本発明にかかる無段変速機の一例の概略構造を示し、この例は車両用変速機として用いられる乾式の無段変速機の例を示す。
この無段変速機は、エンジンと発進機構（図示せず）を介して接続された入力軸１と、入力軸１上に設けられた駆動プーリ２と、車輪と連結された出力軸３と、出力軸３上に設けられた従動プーリ４と、両プーリ２，４間に巻き掛けられたベルト５とを備えている。この実施例のベルト５は、無端状の張力帯とこの張力帯に一定ピッチ間隔で係止された多数のブロックとからなる公知の複合ベルトである。
【００１３】
駆動プーリ２および従動プーリ４は、それぞれ軸１，３に固定された固定シーブ２ａ，４ａと、軸１，３に対して軸方向に移動可能な可動シーブ２ｂ，４ｂとを備えており、可動シーブ２ｂ，４ｂの背後にはボールネジ機構６，７が設けられている。ボールネジ機構６，７にはそれぞれ変速ギヤ６ａ，７ａが設けられており、駆動プーリ２の変速ギヤ６ａには変速用モータ８の駆動ギヤ９が噛み合っている。また、変速ギヤ６ａはアイドラ軸１０に設けられたアイドラギヤ１０ａ，１０ｂを介して従動プーリ４の変速ギヤ７ａと噛み合い、同期回転する。そのため、変速用モータ８を駆動すると、駆動プーリ２と従動プーリ４はプーリ溝幅を互いに逆方向にかつ同期して変化させることができる。例えば、駆動プーリ２の可動シーブ２ｂが開き方向に移動した時、従動プーリ４の可動シーブ４ｂは可動シーブ２ｂと同一距離だけ同期して閉じ方向へ移動する。上記変速用モータ６、ボールネジ機構６，７、アイドラ軸１０によって変速比可変機構が構成される。なお、変速用モータ６のトルクの伝達経路は、上記のように駆動プーリ２の変速ギヤ６ａからアイドラギヤ１０ａ，１０ｂを介して従動プーリ４の変速ギヤ７ａに伝達するものに限らず、これとは逆に、従動プーリ４の変速ギヤ７ａからアイドラギヤ１０ａ，１０ｂを介して駆動プーリ２の変速ギヤ６ａに伝達してもよく、さらには変速用モータ６のトルクをまずアイドラ軸１０に伝達し、これを駆動プーリ２の変速ギヤ６ａと従動プーリ４の変速ギヤ７ａとに分配してもよい。
【００１４】
上記のようにプーリ２，４のプーリ溝幅は変速比可変機構によって可変できるが、それだけではベルト５とプーリ２，４との間に滑りが発生してしまう。そこで、滑りを発生させない適正なベルト張力を与えるため、図２に示すテンショナ装置１１が設けられている。この実施例のテンショナ装置１１はベルト５の緩み側を外側から押し付けるテンションローラ１２を備え、このテンションローラ１２はテンショナアーム１３によって回転自在に支持されている。テンショナアーム１３の回動軸１３ａには捩りバネ１４が設けられ、この捩りバネ１４によってテンショナアーム１３はベルト５への押し付け方向に付勢されている。そのため、テンションローラ１２は所定の荷重でベルト５の緩み側を内側に向かって押し付けている。テンショナアーム１３の背後には、張力調整用アクチュエータ１５が設けられ、テンショナアーム１３の回動力を制御している。上記捩りバネ１４は初期張力を与えており、アクチュエータ１５によるテンショナアーム１３に対する付勢力を加減することによって、最適なベルト張力が得られるように調整することができる。
【００１５】
アクチュエータ１５としては、特許文献１に示されるようなアシストモータを使用してもよいが、この例では油圧シリンダを使用している。すなわち、オイルポンプ１６で発生した油圧を調圧弁１７で一定圧に調圧し、この一定圧を電磁弁１８で調整して油圧シリンダ１５に供給することで、テンショナアーム１３の回動付勢力を調整している。
この実施例では、テンショナアーム１３をベルト押し付け方向に付勢するため捩りバネ１４を用いたが、引張りバネや圧縮バネを用いてもよい。
また、テンションローラ１２をテンショナアーム１３によって直接支持したものに限らず、特許文献１のようにリンクを介して連結してもよい。
【００１６】
変速用モータ８および電磁弁１８は電子回路で構成されたコントローラ１９によって制御される。コントローラ１９には、車両の運転信号（エンジン回転数，スロットル開度，車速，シフトポジション信号，入力軸１の回転数、出力軸３の回転数など）が入力される。コントローラ１９には、変速マップや張力制御マップが予め設定されており、入力信号とこれら制御マップとに応じて変速用モータ８および電磁弁１８を制御している。
【００１７】
次に、上記構造よりなる無段変速機におけるベルト張力の制御方法について説明する。
まず、ベルト単位長さ当たりのプーリへの押付力であるＷＤ係数を次式により求める。
【数９】

ここで、Ｌ_ＤＲ：駆動プーリのベルト巻き掛け長さ
Ｌ_ＤＮ：従動プーリのベルト巻き掛け長さ
Ｔ_１ ：ベルトの張り側張力
Ｔ_２ ：ベルトの緩み側張力
である。
次に、単位巻き付き長さ当たりのベルトの有効張力である平均ＳＴ係数を次式により求める。
【数１０】

上記ＷＤ係数と平均ＳＴ係数との相関式から、ベルト滑り防止に必要な緩み側張力Ｔ_２ を求め、この張力Ｔ_２ になるようにテンショナ装置１１を制御している。ここでは、電磁弁１８への制御電流を制御している。
なお、実際には安全を見込んで、上記求めた張力Ｔ_２ より１０％〜２０％程度高めの張力を与えるのがよい。
【００１８】
図３は本発明にかかるＷＤ係数と平均ＳＴ係数とを用いて実験結果をプロットしたものである。この実験値は前述の図６，図７で使用したものと同じである。
従来方法で求めた図７と比較すると明らかなように、本発明方法で求めた図３は、実験結果がより１本の直線（回帰線）に回帰していることがわかる。
【００１９】
表１は、図３，図７からＷＤ係数と平均ＳＴ係数の安全側回帰式を求め、この回帰式から算出した回帰Ｔ_２ と実測Ｔ_２ の比を従来方法（図７）と本発明方法（図３）とで比較したものである。安全側回帰式とは、本発明方法ではＨｉ状態で入力軸トルクが１６０Ｎ・ｍのときを基準として求めた式（ＷＤ＝１．３８１ＳＴ）であり、従来方法ではＭｉｄ状態で入力軸トルクが１２５Ｎ・ｍのときを基準として求めた式（ＷＤ＝２．３７０ＳＴ）である。
【００２０】
【表１】

【００２１】
表１から明らかなように、従来方法に比べて本発明方法の方が回帰精度が向上していることがわかる。例えば、最大の過張力ポイントであるプーリ比がＬｏで入力軸トルクが８０Ｎ・ｍのとき、従来方法では５７４％であるのに対し、本発明方法では４４２％となり、過張力状態が約２３％緩和された。また、燃費で重要なＨｉ状態では、７５Ｎ・ｍ条件で従来方法では１８９％であるのに対し、本発明方法では１４５％となり、この場合も過張力状態が約２３％緩和された。
【００２２】
上記実施例では、１本の安全側回帰式から回帰Ｔ_２ を算出したが、変速比によって回帰式を個別に設定してもよい。例えば、図３の場合には、Ｌｏ時の回帰式をＷＤ＝１．１３６ＳＴ、ＭｉｄおよびＨｉ時の回帰式をＷＤ＝１．３３３ＳＴとしてもよい。この場合は２本の回帰式を必要とするが、安全側回帰式に比べて過張力状態をさらに緩和することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、プーリのベルト巻き掛け長さＬ_ＤＲ，Ｌ_ＤＮを用いてＷＤ係数を求め、このＷＤ係数と平均ＳＴ係数との関係式から緩み側張力Ｔ_２ を求め、この張力Ｔ_２ に基づいてテンショナ装置を制御するので、従来方法に比べて過張力状態が緩和され、最適なベルト張力に制御することが可能になる。
その結果、ベルト滑り防止と高い伝達効率とを両立でき、あわせてベルト寿命の向上を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる無段変速機の一例の概略構造図である。
【図２】図１の無段変速機の側面図である。
【図３】本発明にかかるＷＤ係数と平均ＳＴ係数とを用いて実験結果をプロットした図である。
【図４】一般的な無段変速機の概略構造図である。
【図５】ベルトにテンションローラを押し付けた状態の側面図である。
【図６】オイラーの式を用いて実験結果をプロットした図である。
【図７】従来方法におけるＷＤ係数と平均ＳＴ係数とを用いて実験結果をプロットした図である。
【符号の説明】
１ 入力軸
２ 駆動プーリ
３ 出力軸
４ 従動プーリ
５ ベルト
８ 変速用モータ
１１ テンショナ装置
１２ テンションローラ
１５ 張力制御用アクチュエータ
１８ 電磁弁

Claims (1)

1. 駆動プーリと従動プーリとの間にベルトを巻き掛け、両プーリのプーリ溝幅を互いに逆方向に変化させて変速比を可変とする変速比可変機構を設けるとともに、ベルトの緩み側にテンションローラを押し付けてベルト張力を得るテンショナ装置を設けた無段変速機において、
   ベルト単位長さ当たりのプーリへの押付力であるＷＤ係数を次式（１）により求めるとともに、単位巻き付き長さ当たりのベルトの有効張力であるＳＴ係数を次式（２）により求め、ＷＤ係数とＳＴ係数との関係式に基づいて上記テンショナ装置を制御することを特徴とするベルト張力制御方法。
   

   

   

   ここで、Ｌ_ＤＲ：駆動プーリのベルト巻き掛け長さ
   Ｌ_ＤＮ：従動プーリのベルト巻き掛け長さ
   Ｔ_１ ：ベルトの張り側張力
   Ｔ_２ ：ベルトの緩み側張力

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