JP2005273833A - 自動二輪車における無段変速機の制御機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 自動二輪車を走行抵抗に拘わらず、適正な状態で走行させることのできる低コストで簡単な構造の自動二輪車における無段変速機の制御機構を提供すること。
【解決手段】 自動二輪車１０の無段変速機３０を制御する制御機構を、スロットル開度センサ１７と、車速センサ１８と、エンジン回転センサ２７と、セカンダリーシープ回転センサ３９と、モード切換スイッチ１９と、基本変速比算出ブロック４１と、変速比補正量算出ブロック４２とで構成した。そして、スロットル開度センサ１７と車速センサ１８が検出する検出値から基本変速比算出ブロック４１が算出する基本変速比と、各センサ１７，１８，２７，３９が検出する各検出値とモード切換スイッチ１９の操作状態から変速比補正量算出ブロック４２が算出する変速比補正量とによって、無段変速機３０の変速比を制御するようにした。
【選択図】 図６

Description

本発明は、自動二輪車の走行に対する抵抗となる路面勾配や車両の重量等を考慮して変速比を制御することにより、状況に応じた適正な運転が可能になる自動二輪車における無段変速機の制御機構に関する。

従来から、車両においては、例えば、スロットル開度と走行速度に基づいて作成された変速比マップによって変速比の制御が行われている。このような変速比マップを平地走行を前提として作成すると、上り勾配の路面で加速する際には、重力加速度の路面水平成分の減速度が車両に掛かることから平地走行と比較して加速度が低下する。一方、下り勾配の路面で減速する際には、スロットル開度を小さくする操作にともない減速比がトップ（高速）側に制御され、十分なエンジンブレーキがかからなくなる。このため、運転者による加速減速の操作と実際の走行状態との間に相違が生じて運転者に違和感を与えることがある。

このため、路面からの勾配抵抗に相当する力に応じて目標駆動力を設定することにより、車両が走行する路面に勾配があっても、運転者に違和感を与えることなく車両を適正な状態で走行させることのできる車両駆動力制御装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。この車両駆動力制御装置は、アクセル操作量と車両速度に応じた平坦路での通常目標駆動力を演算する手段と、重量勾配抵抗を検出する手段とを備えている。さらに、前述した各手段によって求められた通常目標駆動力と重量勾配抵抗から勾配対応目標駆動力を演算する手段と、勾配対応目標駆動力の変化速度を調整して最終目標駆動力を演算する手段とを備えている。そして、最終目標駆動力に応じて車両の走行が制御される。

また、このような車両駆動力制御装置には、一般にノーマルモードと呼ばれる燃費を重視する変速比マップと、パワーモードと呼ばれる加減速性能を重視する変速比マップとが備わっており、運転者によるモード切換スイッチの操作によりそれぞれのモードに切り換えて車両を走行させることができる。
特許第３４６３５６６号公報

しかしながら、前述したような車両駆動力制御装置を用いた車両では、エンジントルクの制御手段として、電子制御スロットルが必要であったり、車両駆動力制御装置で複雑な計算をする必要が生じたりする。このため、車両を構成する各装置の数が多くなり構造が複雑になるという問題や、車両駆動力制御装置への負荷が増大するという問題がある。また、ノーマルモードと、パワーモードとのそれぞれの変速比マップを用いるため、車両駆動力制御装置が備える記憶装置として容量の大きなものが必要になるという問題もある。また、自動二輪車の場合には、低コスト化が要求されるため、簡単な構造の制御装置を用いることが好ましい。

本発明は、前述した問題に対処するためになされたもので、その目的は、自動二輪車を走行抵抗に拘わらず、運転者に違和感を与えることなく適正な状態で走行させることのできる低コストで簡単な構造の自動二輪車における無段変速機の制御機構を提供することである。

前述した目的を達成するため、本発明にかかる自動二輪車における無段変速機の制御機構の構成上の特徴は、自動二輪車におけるエンジンの出力をプライマリーシープとセカンダリーシープとを備えた無段変速機を介して駆動輪に伝達する自動二輪車における無段変速機の制御機構であって、運転者による操作部材の操作に応じてスロットル開度が変位するスロットルバルブと、スロットルバルブのスロットル開度を検出するスロットル開度検出装置と、自動二輪車の走行速度を検出する車速検出装置と、エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出装置と、セカンダリーシープの回転数を検出するセカンダリーシープ回転数検出装置と、運転者の操作によって自動二輪車の走行モードを切り換えるモード切換スイッチと、スロットル開度検出装置および車速検出装置が検出する検出値から基本変速比を算出する基本変速比算出装置と、スロットル開度検出装置、車速検出装置、エンジン回転数検出装置およびセカンダリーシープ回転数検出装置の各装置が検出する検出値と、モード切換スイッチの切換状態とから変速比補正量を算出する変速比補正量算出装置とを備え、基本変速比算出装置と変速比補正量算出装置との算出値によって、無段変速機の変速比を決定することにある。

このように構成した本発明に係る自動二輪車における無段変速機の制御機構では、スロットル開度と自動二輪車の走行速度とから基本変速比、例えば、自動二輪車が平坦路を走行する際の変速比を求め、この基本変速比と、路面勾配や車両重量等による走行状態の変化と、モード切換スイッチによる走行モードの切り換えに応じて算出される変速比補正量とから無段変速機の変速比を決定するようにしている。この場合の走行状態の変化は、スロットル開度、走行速度、エンジン回転数およびセカンダリーシープ回転数から算出することができ、路面の勾配、空気抵抗および転がり抵抗等の状況によって変化するこれらの検出値に応じて求める。また、モード切換スイッチの切換操作によって、変速比補正量の算出方法が変更し、例えば、走行モードをノーマルモードとパワーモードとに変更できるようにすることができる。

したがって、簡単な方法で運転者による操作部材の操作に応じた滑らかな変速制御が可能になる。また、これによると、エンジンの駆動力が伝達される駆動軸における入出力間のトルク差が変速比に換算される自動二輪車特有のトルクカム機構に似た変速動作を実現することができ、良好な加減速感が得られる。このため、自動二輪車にトルクカム機構を設けなくても済むようになる。さらに、電子制御スロットル等の装置が不要であるとともに、簡単な計算で基本変速比と変速比補正量とを算出できるため、モータ制御装置にかかる負荷が小さくなり、自動二輪車に適した無段変速機の制御機構が安価で得られる。

また、本発明に係る自動二輪車における無段変速機の制御機構の他の構成上の特徴は、スロットル開度検出装置、車速検出装置、エンジン回転数検出装置およびセカンダリーシープ回転数検出装置の各装置が検出する検出値から自動二輪車の走行抵抗を算出し、走行抵抗の値と、モード切換スイッチの切換状態とから変速比補正量を算出することにある。この場合、走行抵抗を、転がり抵抗と、空気抵抗と、勾配抵抗との和とすることができる。

転がり抵抗は、所定の転がり抵抗係数、搭乗者を含む車両総重量および重力加速度から算出できる。また、空気抵抗は、所定の空気抵抗係数、車両の前面投影面積、空気密度および車速から算出できる。さらに、勾配抵抗は、路面勾配、搭乗者を含む車両総重量および重力加速度から算出できる。また、車両総重量は、各検出装置が検出する検出値に基づいて計算によって求めてもよいし、車軸にセンサを設けて検出してもよい。また、既知の車両重量に搭乗者の体重、例えば一人の体重を６０ｋｇとして、運転者だけが乗っていれば６０ｋｇ、運転者以外にもう一人乗っていれば１２０ｋｇを加算して求めてもよい。

本発明に係る自動二輪車における無段変速機の制御機構のさらに他の構成上の特徴は、モード切換スイッチが、走行モードをノーマルモードとパワーモードとに変更するものであり、モード切換スイッチの操作に応じて、変速比補正量の算出の際に所定の係数を算入することによりノーマルモードに対応する変速比補正量からパワーモードに対応する変速比補正量に変更することにある。これによると、ノーマルモードの変速比マップとパワーモードの変速比マップとの二つのマップを設けることなく、例えば、ノーマルモードの変速比マップを作成しておき、必要に応じて、変速比補正量を算出するための計算式に所定の係数を加えるだけでパワーモードへの変更ができる。このため、制御機構が備える記憶装置の容量が小さくても済むようになる。

本発明に係る自動二輪車における無段変速機の制御機構のさらに他の構成上の特徴は、所定の係数を、勾配抵抗を算出するために求められる路面勾配の値を補正するための係数としたことにある。これによると簡単な方法でモードに応じた加減速性能の変化を明確にすることができる。

本発明に係る自動二輪車における無段変速機の制御機構のさらに他の構成上の特徴は、プライマリーシープが、駆動軸を介して設置されたプライマリーフィクスドシープとプライマリースライディングシープとで構成され、無段変速機が、プライマリーフィクスドシープに対してプライマリースライディングシープを駆動軸の軸方向に移動させるモータと、モータの駆動を制御するためのモータ制御装置とを備えており、モータ制御装置が、基本変速比算出装置が算出した基本変速比と変速比補正量算出装置が算出した変速比補正量との算出値に応じてモータを駆動させることにより、無段変速機の変速比を制御することにある。

この自動二輪車における無段変速機の制御機構においては、基本変速比算出装置と変速比補正量算出装置との算出値に応じてモータを駆動させることにより、プライマリーフィクスドシープとプライマリースライディングシープとの間隔を調節する。すなわち、プライマリーシープとセカンダリーシープの間には、駆動力を伝達するためのＶベルトが掛け渡されており、プライマリーフィクスドシープとプライマリースライディングシープとの間隔が狭くなると、Ｖベルトは、プライマリーシープの外周側部分とセカンダリーシープの中心軸側部分とに位置してロー（低速）側に変速する。

また、プライマリーフィクスドシープとプライマリースライディングシープとの間隔が広くなると、プライマリーシープとセカンダリーシープの間に掛け渡されたＶベルトは、プライマリーシープの駆動軸側部分とセカンダリーシープの外周側部分とに位置してトップ（高速）側に変速する。したがって、基本変速比算出装置と変速比補正量算出装置との算出値に応じて、プライマリーフィクスドシープとプライマリースライディングシープとの間隔を調節することにより、走行抵抗に対応した加減速制御が行える。

以下、本発明に係る自動二輪車における無段変速機の制御機構の一実施形態を図面を用いて説明する。図１は本発明に係る無段変速機の制御機構を備えた自動二輪車１０を示しており、図２はその要部、図３は要部の概略構成図である。自動二輪車１０は、前輪１１ａと後輪１１ｂとを備えており、前輪１１ａと後輪１１ｂとの間に形成された車体に、エンジン２０、無段変速機３０、燃料タンク１２、吸気ボックス１３、スロットルバルブ１４、一次減速機構１５ａおよび二次減速機構１５ｂ等が設けられている。また、自動二輪車１０の車体前側の上部には、アクセルグリップ１６ａとクラッチレバー１６ｂを備えたハンドル１６が設けられている。

エンジン２０は水冷式の４サイクルＤＯＨＣエンジンからなっており、図２に示したように内部にピストン２１が前後方向に往復移動可能な状態で収容されている。このピストン２１の往復移動は、コネクティングロッド２２を介してクランクシャフト２３に伝達されてクランクシャフト２３を中心軸を中心として回転させる。また、エンジン２０と吸気ボックス１３とを結ぶ吸気管には、支持軸を中心として回転することにより吸気管を開閉するスロットルバルブ１４が配置されており、このスロットルバルブ１４の開度によって吸気ボックス１３から吸気管を介してエンジン２０に供給される空気の量が調節される。

また、エンジン２０には、燃料供給装置（図示せず）を介して燃料タンク１２から燃料が供給される。この燃料供給装置は、燃料ポンプ、燃料噴射装置等で構成され、燃料ポンプの作動によって、燃料タンク１２から供給される燃料は、燃料噴射装置によって霧状にされてエンジン２０内に噴射される。この際、燃料は吸気ボックス１３から供給される空気と混合され混合気となってエンジン２０の気筒内に送られる。

また、エンジン２０は点火装置を備えており、この点火装置の点火によって混合気は爆発する。この爆発によって、ピストン２１が前後に往復移動しその往復移動によってクランクシャフト２３が回転駆動する。この際、エンジン２０に供給される混合気の量によってエンジン２０の回転数が制御される。すなわち、スロットルバルブ１４の開度が大きい場合には、エンジン２０の回転数は増加し、スロットルバルブ１４の開度が小さい場合には、エンジン２０の回転数は減少する。また、スロットルバルブ１４の開度の調節は、アクセルグリップ１６ａを回転操作することによって行われる。

無段変速機３０は、クランクシャフト２３に連結されてクランクシャフト２３の回転にしたがって回転するプライマリーシーブ３１と、セカンダリーシーブ３２と、プライマリーシーブ３１の回転力をセカンダリーシーブ３２に伝達するＶベルト３３とを備えている。プライマリーシーブ３１は、クランクシャフト２３に固定されたプライマリーフィクスドシープ３１ａと、クランクシャフト２３の軸方向に沿って移動でき軸回り方向にはクランクシャフト２３に対して固定されクランクシャフト２３とともに回転する場合のみ回転可能なプライマリースライディングシープ３１ｂとで構成されている。

また、プライマリースライディングシープ３１ｂの表面側（外側）には、プライマリースライディングシープ３１ｂをクランクシャフト２３の軸方向に沿って移動させるモータ３４が設けられている。このモータ３４の駆動によって、プライマリースライディングシープ３１ｂは、プライマリーフィクスドシープ３１ａとの間隔を変更される。

セカンダリーシーブ３２は、クランクシャフト２３の後方にクランクシャフト２３と平行して設置されたセカンダリーシャフト３５に取り付けられている。そして、このセカンダリーシーブ３２は、セカンダリーシャフト３５に固定されたセカンダリーフィクスドシープ３２ａと、セカンダリーシャフト３５の軸方向に沿って移動でき軸回り方向にはセカンダリーシャフト３５に対して固定されセカンダリーシャフト３５とともに回転する場合のみ回転可能なセカンダリースライディングシープ３２ｂとで構成されている。

また、セカンダリーフィクスドシープ３２ａの表面側（外側）には、セカンダリーシャフト３５の外周面に沿って延びる円筒部３６が形成され、この円筒部３６にトルクカム３７が設けられている。このトルクカム３７は、円筒部３６に設けられた溝部３７ａと、セカンダリースライディングシープ３２ｂに連結されて、溝部３７ａ内を移動可能になったピン３７ｂとで構成されている。このトルクカム３７を構成するピン３７ｂが溝部３７ａ内を移動することによって、セカンダリースライディングシープ３２ｂが、セカンダリーフィクスドシープ３２ａに対して進退する際の移動がスムーズになる。すなわち、溝部３７ａは円筒部３６の軸方向に対して斜めに形成されており、この角度によって、セカンダリーフィクスドシープ３２ａに対するセカンダリースライディングシープ３２ｂの移動がスムーズになるようにコントロールされる。

プライマリーフィクスドシープ３１ａとプライマリースライディングシープ３１ｂとの対向面およびセカンダリーフィクスドシープ３２ａとセカンダリースライディングシープ３２ｂとの対向面はそれぞれ互いに向って突出した円錐状に形成され、両対向面でＶ型溝が形成されている。そして、プライマリーシーブ３１のＶ型溝とセカンダリーシーブ３２のＶ型溝との間に断面形状が略Ｖ形のＶベルト３３が掛け渡されて、クランクシャフト２３からセカンダリーシャフト３５に回転力が伝達される。この場合、図４および図５に示した範囲で、プライマリースライディングシープ３１ｂがプライマリーフィクスドシープ３１ａに対して進退するとともに、セカンダリースライディングシープ３２ｂがセカンダリーフィクスドシープ３２ａに対して進退し、その際に変化するＶベルト３３の位置に応じて無段階で変速比が変更される。

すなわち、図４は、プライマリーフィクスドシープ３１ａとプライマリースライディングシープ３１ｂとの間隔が広くなったローギアの状態を示しており、Ｖベルト３３は、クランクシャフト２３の近傍に位置している。また、セカンダリーフィクスドシープ３２ａとセカンダリースライディングシープ３２ｂとの間隔は狭くなって、Ｖベルト３３はセカンダリーシーブ３２の外周側に位置している。この場合、エンジン２０の回転は減速されてセカンダリーシャフト３５に伝わり、低速で駆動力が大きな状態になる。

また、図５は、プライマリーフィクスドシープ３１ａとプライマリースライディングシープ３１ｂとの間隔が狭くなったトップギアの状態を示しており、Ｖベルト３３は、プライマリーシーブ３１の外周側に位置している。また、セカンダリーフィクスドシープ３２ａとセカンダリースライディングシープ３２ｂとの間隔は広くなって、Ｖベルト３３はセカンダリーシャフト３５の近傍に位置している。この場合、エンジン２０の回転は加速されてセカンダリーシャフト３５に伝わり、高速で駆動力が小さな状態になる。

このようにして、セカンダリーシャフト３５に伝達されたエンジン２０の駆動力は、一次減速機構１５ａおよび二次減速機構１５ｂを介して後輪１１ｂに伝わり、後輪１１ｂを回転駆動させる。これによって、自動二輪車１０は後輪１１ｂの駆動力に応じて走行する。また、セカンダリーシャフト３５には、セカンダリーシャフト３５の回転力を一次減速機構１５ａに伝達させたり遮断したりする遠心クラッチ３８が取り付けられている。

この遠心クラッチ３８は、セカンダリーシャフト３５側に連結された部分と、一次減速機構１５ａ側に連結された部分とを備えており、双方をクラッチレバー１６ｂの操作によって連結したり、その連結を解除したりすることができる。すなわち、クラッチレバー１６ｂから手を放してバネの付勢力によってクラッチレバー１６ｂをアクセルグリップ１６ａから遠ざけたときには、遠心クラッチ３８は連結状態になり、クラッチレバー１６ｂをアクセルグリップ１６ａ側に付勢して近づけたときには、遠心クラッチ３８の連結は解除された状態になる。そして、遠心クラッチ３８の連結が解除されたときには、自動二輪車１０は、停止状態またはアイドリング状態になる。

また、この自動二輪車１０は、エンジン２０の駆動によって作動することにより発電し、各部分に電気を供給するフライホイルマグネットからなる発電機２５やエンジン２０の各部分に冷却水を供給し、エンジン２０の過熱を防止するラジエター２６も備えている。さらに、この自動二輪車１０は、スロットル開度センサ１７、エンジン回転センサ２７、セカンダリーシーブ回転センサ３９および車速センサ１８の各種のセンサと、モード切換スイッチ（図６，７参照）１９とを備えている。

スロットル開度センサ１７は、スロットルバルブ１４の支持軸近傍に設けられてスロットルバルブ１４の回転角であるスロットル開度を検出する。エンジン回転センサ２７は、エンジン２０のクランクシャフト２３近傍に設けられてエンジン回転数を検出し、セカンダリーシーブ回転センサ３９は、セカンダリーシャフト３５近傍に設けられてセカンダリーシーブ３２の回転数を検出する。また、車速センサ１８は、後輪１１ｂの駆動軸に設けられて自動二輪車１０の走行速度を検出する。モード切換スイッチ１９は、ハンドル１６に設けられて運転者の操作により自動二輪車１０の走行モードをノーマルモードとパワーモードとに切り換える。ここでは、モード切換スイッチ１９を押してオン操作することによりパワーモードに設定され、モード切換スイッチ１９を再度押してオフ操作することによりノーマルモードに設定されるとする。

つぎに、自動二輪車１０が備える本発明のモータ制御装置としての変速制御装置４０について、図６および図７を用いて説明する。この変速制御装置４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマーなど（図示せず）を有するマイクロコンピュータによって構成されている。また、図６および図７では、説明の便宜上、変速制御装置４０を機能ブロックで示しており、変速制御装置４０は、無段変速機３０の基本変速比を算出する基本変速比算出ブロック４１と基本変速比の補正量を算出するための変速比補正量算出ブロック４２とを備えている。また、変速比補正量算出ブロック４２は、路面勾配算出部４３、車重算出部４４および変速比補正量算出部４５で構成されている。

変速制御装置４０は、前述したスロットル開度センサ１７、車速センサ１８、エンジン回転センサ２７、セカンダリーシーブ回転センサ３９およびモード切換スイッチ１９に接続されている。そして、変速制御装置４０は、各センサ１７，１８，２７，３９が検出し、信号として送られる検出値と、モード切換スイッチ１９から送られるモード信号から基本変速比と変速比補正量とを算出し、その算出値に基づいてモータ３４の駆動を制御する。このモータ３４の駆動によって、プライマリーフィクスドシープ３１ａとプライマリースライディングシープ３１ｂとの間隔が変更され、変速比がその間隔に応じたものに設定される。

また、図８に、基本変速比算出ブロック４１における基本変速比の算出および変速比補正量算出ブロック４２における変速比補正量の算出のための変速比制御プログラムを示しており、この変速比制御プログラムは、ＲＯＭに記憶されている。そして、ＣＰＵがこの変速比制御プログラムを所定時間ごとに繰り返し実行する。

変速比制御プログラムは、運転者がスタートスイッチ（図示せず）をオン操作することにより実行が開始される。まず、変速比制御プログラムは、ステップ１００において開始され、ステップ１０２において基本変速比の算出が行われる。この基本変速比の算出は、基本変速比算出ブロック４１において行われ、スロットル開度センサ１７から送信されるスロットル開度の検出値と、車速センサ１８から送信される車速の検出値とから求められる。

この基本変速比については、図９に示した変速比マップが予め作成されてＲＯＭに記憶されており、この変速比マップにおける車速とスロットル開度の値に基づいて基本変速比が決定される。図９に示したように、基本変速比は、車速の値が大でスロットル開度が小のときに小さな値になり、車速の値が小でスロットル開度が大のときに大きな値になるように設定されている。すなわち、この変速比マップは、高速、低スロットル開度でトップ側の変速比になり、低速、高スロットル開度でロー側の変速比になるように作成されている。

つぎに、ステップ１０４において、変速比補正量の算出が行われる。この変速比補正量の算出は、変速比補正量算出ブロック４２において行われる。変速比補正量算出ブロック４２では、スロットル開度の検出値と車速の検出値に加えて、エンジン回転センサ２７から送信されるエンジン回転数の検出値と、セカンダリーシーブ回転センサ３９から送信されるセカンダリーシーブ回転数の検出値と、モード切換スイッチ１９から送られるモード信号とを用いて変速比補正量が求められる。すなわち、これらの各検出値から、後輪駆動力と走行抵抗を算出し、これらの差から後述する余裕駆動力（加速抵抗）を算出する。そして、余裕駆動力と路面勾配算出値を利用して、車両の加速、減速の判断結果に応じて、加速補正量または減速補正量を算出する。この変速比補正量の算出プログラムを図１０に示している。

この変速比補正量算出プログラムは、まず、ステップ２００において開始され、ＣＰＵは、ステップ２０２において、後輪駆動力の算出を行う。この後輪駆動力は、下記の数１に基づいて求められ、エンジン駆動力Ｆegと変速比ratioとの積が後輪駆動力Ｆdとなる。

数１におけるエンジン駆動力Ｆegは、無段変速機３０の変速比に関係なくエンジントルクが後輪１１ｂの外周面で発生する場合の駆動力である。このエンジン駆動力Ｆegを、一次減速機構１５ａによる一次減速比と二次減速機構１５ｂによる二次減速比を考慮した値とした駆動力マップを予め作成してＲＯＭに記憶しておく。この駆動力マップは、互いに直交する３つの各軸が、それぞれエンジン駆動力Ｆegの大小、スロットル開度の大小およびエンジン回転数の大小を示すように作成されたマップに構成しておく。そして、スロットル開度センサ１７から送信されるスロットル開度の検出値と、エンジン回転センサ２７から送信されるエンジン回転数の検出値とを参照値として、エンジン駆動力Ｆegを検索できるようにしておく。

また、変速比ratioについては、エンジン回転数のセカンダリーシーブ回転数による商の値とする。エンジン回転数は、エンジン回転センサ２７から送信される検出値であり、セカンダリーシーブ回転数は、セカンダリーシーブ回転センサ３９から送信される検出値である。また、遠心クラッチ３８が連結された状態では、セカンダリーシーブ回転数と車速は比例関係にあるため、セカンダリーシーブ回転数に代えて、車速センサ１８から送信される車速の検出値を変速比ratioの算出に用いてもよい。この数１にエンジン駆動力Ｆegと変速比ratioとの値を入れることによって、後輪駆動力Ｆdが求められる。

ついで、ステップ２０４において、走行抵抗の算出を行う。この走行抵抗は、前輪１１ａと後輪１１ｂとが路面から受ける転がり抵抗と、自動二輪車１０が空気から受ける空気抵抗と、路面の勾配によって自動二輪車１０に生じる勾配抵抗の和とする。これらの各抵抗は、下記の数２〜４によって算出される。

数２は、転がり抵抗Ｒrを算出するための数式であり、転がり抵抗Ｒrは、予め設定された転がり抵抗係数μrと、車両総重量Ｗと、重力加速度ｇとの積で求められる。数３は、空気抵抗Ｒaを算出するための数式であり、空気抵抗Ｒaは、予め設定された空気抵抗係数Ｃdと、自動二輪車１０の前面投影面積Ａと、空気密度ρと、車速ｖの２乗との積の二分の一の値となる。また、数４は、勾配抵抗Ｒgを算出するための数式であり、勾配抵抗Ｒgは、車両総重量Ｗと、重力加速度ｇと、ｓｉｎθとの積で求められる。θは路面勾配である。

数２，４における車両総重量Ｗと路面勾配θとの値としては、前回のプログラム実行の際に算出した既得の算出値が用いられ、初期状態では「０」に設定されている。したがって、ここでは、転がり抵抗Ｒrと勾配抵抗Ｒgとは「０」になり、プログラムの実行が繰り返されるごとにその値は算出処理によって求められた算出値に更新される。また、前面投影面積Ａは、自動二輪車１０の形状や大きさによって予め求められる値である。そして、下記の数５に示したように、後輪駆動力Ｆdと走行抵抗の差を加速抵抗すなわち余裕駆動力Ｆsとして算出する。

つぎに、ステップ２０６において、モード切換スイッチ１９がオンに操作されているか否かを判定する。ここで、運転者によりモード切換スイッチ１９がオンに操作されていれば、「ＹＥＳ」と判定してステップ２０８に進み、自動二輪車１０の加減速状態の判定を行う。加減速の判定は、車速値の微分値として算出される加速度と、後輪駆動力Ｆdとの双方が正の値のときを加速状態とし、それ以外のときを減速状態として行う。加減速の判定に後輪駆動力Ｆdを用いるのは、自動二輪車１０が下り勾配の路面を走行しているときに、スロットルバルブ１４が全閉であるにもかかわらず加速している状態を加速状態として処理すると不都合であるためである。

自動二輪車１０が加速される状態にあり、ステップ２０８において、「ＹＥＳ」と判定すると、プログラムは、ステップ２１０に進み、加速補正量の算出が行われる。この加速補正量（変速比補正量）の算出は、下記の数６を用いて行われる。

数６において、勾配係数ｋθは、勾配に応じた補正量の変化量を規定する係数であり、加減速補正係数ｋαは、変速比補正量Δratioを実際の変速比の次元に合わすための係数である。また、θ₀は、路面勾配θを補正するための値であり、選択されたモードに基づいて、ノーマルモードにおいては「０」、パワーモードにおいては、「０」以外の所定値に設定されている。この所定値θ₀は、加速の場合と減速の場合とで異なる値に設定することもできる。変速比補正量Δratioは、余裕駆動力Ｆsと、路面勾配θと所定値θ₀との和の値と、勾配係数ｋθと、加減速補正係数ｋαとの積として算出される。数６から算出されるこの場合の変速比補正量Δratioの概略図を図１１に示している。図１１では、余裕駆動力Ｆsを一定値としており、数６は、実線ａで示した加速補正の状態になる。

図１１に実線ａで示したように、自動二輪車１０が、勾配が−θ₀よりも大きい路面を加速走行しているときには、変速比補正量Δratioが大きくなるように、すなわち変速比がロー側に補正される。このため、大きな加速度が得られ、自動二輪車１０は、勾配が−θ₀よりも大きい路面を余裕を持って走行できる。また、自動二輪車１０が、勾配が−θ₀よりも小さい路面を加速走行しているときには、変速比補正量Δratioが小さくなるように、すなわち変速比がトップ側に補正される。このため、急激な加速を抑制することができ、勾配が−θ₀よりも小さい路面を安定して走行できる。

ステップ２１０において、加速補正量の算出処理が終了すると、プログラムはステップ２１２に進み一旦終了する。また、算出された変速比補正量Δratioの値は、図８に示したフローチャートのステップ１０４において変速比補正量として設定される。また、自動二輪車１０が減速される状態にあり、ステップ２０８において、「ＮＯ」と判定すると、プログラムは、ステップ２１４に進み、減速補正量の算出が行われる。この減速補正量の算出は、下記の数７を用いて行われる。

数７は、変速比補正量Δratioの値が負になり、加速時に用いた（θ＋θ₀）に代えて（θ−θ₀）を用いていること以外は、数６と同一である。すなわち、加速時には、路面勾配θが大きくなるように補正するが、減速時には路面勾配θが小さくなるように補正する。これによって、全体がロー側に補正されるようになり加減速性能を重視したパワーモードが得られる。

数７から算出される変速比補正量Δratioの概略図を図１１に破線ｂで示している。破線ｂで示したように、自動二輪車１０が、勾配がθ₀よりも大きい路面を減速走行しているときには、変速比補正量Δratioが小さくなるように、すなわち変速比がトップ側に補正される。このため、減速量を小さくできる。また、自動二輪車１０が、勾配がθ₀よりも小さい路面を減速走行しているときには、変速比補正量Δratioが大きくなるように、すなわち変速比がロー側に補正される。このため、エンジンブレーキを効果的に付与することができる。

また、減速時には、スロットルバルブ１４が全閉にされている頻度が高いことから、余裕駆動力Ｆsを無視して、変速比補正量Δratioを下記の数８を用いて算出してもよい。

さらに、数６〜８において、加減速補正係数ｋαは、エンジン回転数の関数としてもよい。ステップ２１４において、減速補正量の算出処理が終了すると、プログラムはステップ２１２に進み一旦終了する。また、算出された変速比補正量Δratioの値は、図８に示したフローチャートのステップ１０４において変速比補正量として設定される。

また、ステップ２０６において、モード切換スイッチ１９が操作されてなくオフ状態であれば、プログラムは、ステップ２１６に進み、ノーマルモードにおける自動二輪車１０の加減速状態の判定を行う。この加減速状態の判定は、前述したステップ２０８での処理と同様の処理によって行われる。ここで、自動二輪車１０が加速される状態にあり、ステップ２１６において、「ＹＥＳ」と判定すると、プログラムは、ステップ２１８に進み、加速補正量の算出が行われる。この加速補正量の算出は数６を用いて行われる。

この場合、モード切換スイッチ１９が操作されてなくノーマルモードであるため、所定値θ₀は「０」になる。このため、変速比補正量Δratioは、余裕駆動力Ｆsと、路面勾配θと、勾配係数ｋθと、加減速補正係数ｋαとの積として算出される。この場合に、数６から算出される変速比補正量Δratioの概略図を図１２に示している。図１２では、数６から求められる変速比補正量Δratioは、実線ｃで示した加速補正の状態になる。

この場合、平坦路を境として、自動二輪車１０が上り勾配の路面を加速走行しているときには、変速比補正量Δratioが大きくなるロー側に補正され、自動二輪車１０が下り勾配の路面を加速走行しているときには、変速比補正量Δratioが小さくなるトップ側に補正される。そして、ステップ２１８において、加速補正量の算出処理が終了すると、プログラムはステップ２１２に進み一旦終了する。また、算出された変速比補正量Δratioの値は、図８に示したフローチャートのステップ１０４において変速比補正量として設定される。

また、自動二輪車１０が減速される状態にあり、ステップ２１６において、「ＮＯ」と判定すると、プログラムは、ステップ２２０に進み、減速補正量の算出が行われる。この減速補正量の算出は数７を用いて行われる。この場合の数７から算出される変速比補正量Δratioの概略図を図１２に破線ｄで示している。破線ｄで示したように、平坦路を境にして、自動二輪車１０が上り勾配の路面を減速走行しているときには、変速比補正量Δratioが小さくなるトップ側に補正され、自動二輪車１０が下り勾配の路面を減速走行しているときには、変速比補正量Δratioが大きくなるロー側に補正される。

そして、ステップ２２０において、減速補正量の算出処理が終了すると、プログラムはステップ２１２に進み一旦終了する。また、算出された変速比補正量Δratioの値は、図８に示したフローチャートのステップ１０４において変速比補正量として設定される。そして、図８に示したプログラムは、ステップ１０６に進み、変速比制御目標値の算出が行われる。この変速比制御目標値は、ステップ１０２において、基本変速比算出ブロック４１が算出した基本変速比と、ステップ１０４において、変速比補正量算出ブロック４２が算出した変速比補正量との和として算出される。

つぎに、プログラムはステップ１０８に進み、車両総重量Ｗ（車重）の算出が行われる。この車両総重量Ｗの算出は、車重算出部４４によって、下記の数９を用いて行われる。

この車両総重量Ｗは、時刻ｔと時刻ｔ＋１の微小時間間隔に計測される加速度α（車速センサ１８が検出する車速ｖの微分値として算出）、空気抵抗Ｒa、後輪駆動力Ｆdから求めることができる。これらの値から数９を導出する過程を以下に示す。まず、走行抵抗の一つである加速抵抗Ｒac（余裕駆動力Ｆsと等しい）は下記の数１０で表される。

数１０において、ΔＷは、慣性相当重量であり、加速抵抗Ｒacは、車両総重量Ｗと慣性相当重量ΔＷとの和の値と加速度αとの積に等しい関係になる。また、加速抵抗Ｒacは、余裕駆動力Ｆsと等しいため、数５の余裕駆動力Ｆsを加速抵抗Ｒacに置き換えると、数５と数１０とから自動二輪車１０の加速度αは、下記の数１１で表される。

ここで、アクセルグリップ１６ａの操作によりスロットル開度が変化する際の時刻ｔ、時刻ｔ＋１における自動二輪車１０の加速度αから車両総重量Ｗを算出する。それぞれの時間において計測される加速度は、下記の数１２、数１３で表される。

数１２，１３において、変速比の関数である慣性相当重量ΔＷは一定であると近似する。また、転がり抵抗Ｒrは時刻に依存しない値である。さらに、ここでは、時刻ｔと時刻ｔ＋１との間に路面勾配θが変化しないと仮定する。したがって、両時刻ｔ、ｔ＋１間での加速度αの差分は下記の数１４によって算出される。

この数１４から、車両総重量Ｗを算出するための数９が導き出される。そして、車両総重量Ｗは、駆動力、空気抵抗および加速度の所定時刻間の偏差を数９に代入することにより求められる。ここで算出された車両総重量Ｗの値は、信号として、変速比補正量算出部４５に送信される。また、この車両総重量Ｗの値は、一旦ＲＡＭに記憶されて、つぎのプログラム実行の際に、ステップ１０４での転がり抵抗Ｒrと勾配抵抗Ｒgの算出に用いられる。また、この車両総重量Ｗの値は、プログラムを実行するごとに新たな算出値に更新される。

つぎに、プログラムは、ステップ１１０に進み、路面勾配算出部４３によって路面勾配θの算出が行われる。この路面勾配θの算出は、ステップ１０８において算出した車両総重量Ｗの値を利用して、下記の数１５を用いて算出される。

ここで算出された路面勾配θの値は、信号として、変速比補正量算出部４５に送信される。変速比補正量算出部４５は、車重算出部４４から送信される車両総重量Ｗの値と、路面勾配算出部４３から送信される路面勾配θの値に加えて、モード切換スイッチ１９から送信されるモード信号を考慮して前述した変速比補正量を算出する。また、この路面勾配θの値は、一旦ＲＡＭに記憶されて、つぎのプログラム実行の際に、ステップ１０４での勾配抵抗Ｒgの算出に用いられる。また、この車両総重量Ｗの値は、プログラムを実行するごとに新たな算出値に更新される。

ついで、プログラムは、ステップ１１２に進み、モータ３４に、ステップ１０６で求めた変速比制御目標値を実現させるためのモータ制御量を出力する。このモータ制御量の出力は変速制御装置４０がモータ３４に対して行い、これによって、モータ３４はモータ制御量に応じて駆動する。このモータ３４の駆動により、プライマリースライディングシープ３１ｂがプライマリーフィクスドシープ３１ａに対して進退し、その際に変化するＶベルト３３の位置に応じて無段階で変速比が変更される。

そして、プログラムは、ステップ１１４に進み、一旦終了する。この制御プログラムは繰り返し実行され、自動二輪車１０は、路面の勾配等の走行状態に応じて変速比を制御され適正な運転状態を維持する。また、その際、モード切換スイッチ１９の操作に応じて、ノーマルモードとパワーモードとに制御される。

このように本実施形態に係る自動二輪車における無段変速機の制御機構では、自動二輪車１０が平坦路を走行する際の変速比を基本変速比として求め、この基本変速比と、路面勾配や車両重量等による走行状態の変化に応じて算出される変速比補正量とから無段変速機の変速比を決定するようにしている。また、その際、モード切換スイッチ１９の操作により、ノーマルモードとパワーモードとに走行モード変更可能にしている。したがって、運転者によるアクセルグリップ１６ａの操作に応じた滑らかな変速制御が可能になる。

また、変速比補正量の算出が、転がり抵抗Ｒr、空気抵抗Ｒaおよび勾配抵抗Ｒgからなる自動二輪車１０に対する走行抵抗とモードの設定に基づいて行われ、算出された変速比補正量を基本変速比に加算した和の値を、無段変速機の変速比としている。そして、転がり抵抗Ｒr、空気抵抗Ｒaおよび勾配抵抗Ｒgは、それぞれ各センサ１７，１８，２７，３９の検出値や計算によって求めることができる。

したがって、一般的に自動二輪車に備わっている各センサ１７，１８，２７，３９と簡単な演算処理を行える変速制御装置４０と、モード切換スイッチ１９とで無段変速機３０の変速比を制御でき、電子制御スロットルや他のセンサ等の装置を新たに設置する必要がない。これによって、自動二輪車１０の低コスト化が図れるとともに、変速制御装置４０にかかる負荷が小さくなり、自動二輪車に適した無段変速機の制御機構が得られる。

また、変速制御装置４０は、基本変速比算出ブロック４１と変速比補正量算出ブロック４２との算出値に応じてモータ３４を駆動させて、プライマリーフィクスドシープ３１ａとプライマリースライディングシープ３１ｂとの間隔を調節することにより変速比を制御する。これによって、トルクカム機構に似た変速動作を実現することができ、良好な加減速感が得られる。したがって、前述した自動二輪車１０には、トルクカム３７が設けられているが、このトルクカム３７は省略することができる。

また、前述した実施形態では、車両総重量Ｗを、計算によって求めているが、この車両総重量Ｗは、車軸にセンサを設けてこのセンサの検出値から求めてもよい。また、既知の車両重量に搭乗者の体重、例えば一人の体重を６０ｋｇとして、運転者だけが乗っていれば６０ｋｇ、運転者以外にもう一人乗っていれば１２０ｋｇを加算して求めてもよい。さらに、本発明は、前述した実施形態に限定するものでなく、本発明の技術的範囲で適宜変更して実施することができる。例えば、前述した実施形態では、車重算出をステップ１０８において行い、路面勾配算出をステップ１１０において行っているが、これらの処理は、基本変速比算出や変速比補正量算出の前に行ってもよい。

本発明の一実施形態による無段変速機の制御機構を備えた自動二輪車を示す斜視図である。 図１に示した自動二輪車の要部を示す斜視図である。 自動二輪車の要部を示す概略構成図である。 ローギア状態の無段変速機を示しており、（ａ）は側面図、（ｂ）はプライマリーシープの断面図、（ｃ）はセカンダリーシープの断面図である。 トップギア状態の無段変速機を示しており、（ａ）は側面図、（ｂ）はプライマリーシープの断面図、（ｃ）はセカンダリーシープの断面図である。 変速制御装置を示すブロック図である。 変速制御装置が備える変速比補正量算出ブロックを示すブロック図である。 変速比制御プログラムを示すフローチャートである。 変速比マップを示すグラフである。 変速比補正量算出プログラムを示フローチャートである。 パワーモードにおける変速比補正量と路面勾配との関係を示すグラフである。 ノーマルモードにおける変速比補正量と路面勾配との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０…自動二輪車、１４…スロットルバルブ、１６ａ…アクセルグリップ、１７…スロットル開度センサ、１８…車速センサ、１９…モード切換スイッチ、２０…エンジン、２７…エンジン回転センサ、３０…無段変速機、３１…プライマリーシーブ、３１ａ…プライマリーフィクスドシープ、３１ｂ…プライマリースライディングシープ、３２…セカンダリーシーブ、３４…モータ、３９…セカンダリーシーブ回転センサ、４０…変速制御装置、４１…基本変速比算出ブロック、４２…変速比補正量算出ブロック、４３…路面勾配算出部、４４…車重算出部、４５…変速比補正量算出部、Ｒa…空気抵抗、Ｒg…勾配抵抗、Ｒr…転がり抵抗。

Claims (6)

1. 自動二輪車におけるエンジンの出力をプライマリーシープとセカンダリーシープとを備えた無段変速機を介して駆動輪に伝達する自動二輪車における無段変速機の制御機構であって、
   運転者による操作部材の操作に応じてスロットル開度が変位するスロットルバルブと、
   前記スロットルバルブのスロットル開度を検出するスロットル開度検出装置と、
   前記自動二輪車の走行速度を検出する車速検出装置と、
   前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出装置と、
   前記セカンダリーシープの回転数を検出するセカンダリーシープ回転数検出装置と、
   運転者の操作によって前記自動二輪車の走行モードを切り換えるモード切換スイッチと、
   前記スロットル開度検出装置および前記車速検出装置が検出する検出値から基本変速比を算出する基本変速比算出装置と、
   前記スロットル開度検出装置、前記車速検出装置、前記エンジン回転数検出装置および前記セカンダリーシープ回転数検出装置の各装置が検出する検出値と、前記モード切換スイッチの切換状態とから変速比補正量を算出する変速比補正量算出装置とを備え、
   前記基本変速比算出装置と前記変速比補正量算出装置との算出値によって、前記無段変速機の変速比を決定することを特徴とする自動二輪車における無段変速機の制御機構。
2. 前記スロットル開度検出装置、前記車速検出装置、前記エンジン回転数検出装置および前記セカンダリーシープ回転数検出装置の各装置が検出する検出値から前記自動二輪車の走行抵抗を算出し、前記走行抵抗の値と、前記モード切換スイッチの切換状態とから変速比補正量を算出する請求項１に記載の自動二輪車における無段変速機の制御機構。
3. 前記走行抵抗を、転がり抵抗と、空気抵抗と、勾配抵抗との和とした請求項２に記載の自動二輪車における無段変速機の制御機構。
4. 前記モード切換スイッチが、走行モードをノーマルモードとパワーモードとに変更するものであり、前記モード切換スイッチの操作に応じて、前記変速比補正量の算出の際に所定の係数を算入することによりノーマルモードに対応する変速比補正量からパワーモードに対応する変速比補正量に変更する請求項１ないし３のうちのいずれか一つに記載の自動二輪車における無段変速機の制御機構。
5. 前記所定の係数を、前記勾配抵抗を算出するために求められる路面勾配の値を補正するための係数とした請求項４に記載の自動二輪車における無段変速機の制御機構。
6. 前記プライマリーシープが、駆動軸を介して設置されたプライマリーフィクスドシープとプライマリースライディングシープとで構成され、前記無段変速機が、前記プライマリーフィクスドシープに対して前記プライマリースライディングシープを前記駆動軸の軸方向に移動させるモータと、前記モータの駆動を制御するためのモータ制御装置とを備えており、前記モータ制御装置が、前記基本変速比算出装置が算出した基本変速比と前記変速比補正量算出装置が算出した変速比補正量との算出値に応じて前記モータを駆動させることにより、前記無段変速機の変速比を制御する請求項１ないし５のうちのいずれか一つに記載の自動二輪車における無段変速機の制御機構。
   

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