JP2006112511A

JP2006112511A - 無段変速機

Info

Publication number: JP2006112511A
Application number: JP2004300067A
Authority: JP
Inventors: Tatsu Man; 達満; Seiji Shimizu; 誠司清水
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-10-14
Filing date: 2004-10-14
Publication date: 2006-04-27

Abstract

【課題】サンギヤに相当する内側円錐体と、リングギヤに相当する外側環状体とを相対回転自在に同軸配置して、内側円錐体の外周面と外側環状体の内周面とを対向させ、軸方向に対し一定角度のテーパを平行に持たせた該内外周面でプラネタリギヤに相当するパワーローラを挟圧し、該パワーローラを内外周面の隙間で軸方向に移動させることにより連続的に変速可能とした無段変速機において、パワーローラを移動させる油圧ポンプの小型化および省力化を図るとともに、迅速な変速操作を可能にする。
【解決手段】支持機構１３は外側環状体５を軸Ｏ方向移動可能に支持し、変速時には外側環状体５の内周面６を内側円錐体１の外周面４から離間させる。これにより、上記油圧ポンプに相当するアクチュエータ１１は小型化・省力化が可能になり、伸縮ロッド１２がパワーローラ７を少ない力で迅速に移動させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、駆動トルクおよび回転を無段階に変速可能な変速機につき、急変速操作に関するものである。

サンギヤに相当する内側円錐体と、リングギヤに相当する外側環状体と、これら内外輪の間で駆動トルクを受け渡すプラネタリギヤに相当するパワーローラと、プラネタリキャリアに相当するパワーローラ支持材とを遊星歯車機構の配置に具えた無段変速機の発明としては、従来、例えば特許文献１に記載のごときものが知られている。
特許文献１に記載の無段変速機は、図３に示すように、エンジン側からトルクを入力される入力回転要素の外周面に中心軸Ｏに対して一定角度のテーパを設けた内側円錐体Ａと、この中心軸Ｏと同軸に内側円錐体Ａを包囲する中空円筒形状の外側環状体Ｂと、これら内側円錐体Ａの外周面と外側環状体Ｂの内周面との間にあってこれらと回転接触するとともに、前記中心軸Ｏ方向に移動可能なパワーローラＣと、中心軸Ｏと同軸に回転自在かつ軸Ｏ方向移動可能に枢支されスパイラルアームRを介してパワーローラＣを支持する回転板Ｄとを具える。回転板ＤはパワーローラＣの軸O方向移動を拘束するよう支持するが、パワーローラＣの軸O中心の公転とともに軸O中心に自転する。また、回転板Ｄは出力軸Ｅと相対回転不可かつ軸O方向相対移動可能に嵌合する。
また回転板Ｄは中央部で、軸O方向に伸縮する油圧ポンプＦの可動部と連結する。

そして、内側円錐体Ａの自転をパワーローラＣの公転に変換し、回転板Ｄを自転させて出力軸Ｅへ出力することによりトルク伝動を行うとともに、パワーローラＣの軸Ｏ方向に無段階に移動させて内側円錐体Ａと出力軸Ｅとの回転差を無段階に変速することができるものである。この変速は、油圧ポンプＦの作用により、回転板Ｄと、内側円錐体Ａの外周面と外側環状体Ｂの内周面との隙間に設けたスパイラルアームＲとを、中心軸Ｏ方向に移動させることにより行う。
特開2001-182795号公報

しかし、上記従来のような無段変速機にあっては、以下に説明するような問題を生ずる。つまり、負荷走行のもとではパワーローラＣが内側円錐体Ａと外側環状体Ｂとの間で多大な力により押し付けられて摩擦力によりトルク伝動を行うため、変速するにはこの押し付け力に抗してパワーローラＣを軸Ｏ方向に移動させる必要がある。このため油圧ポンプＦが図３に示す内蔵型ではポンプ力が十分大きくなく、変速を速やかに行うことができないという問題があった。これに対し、油圧ポンプＦの作動圧を高圧に設定すれば、機械損失が増加する。あるいは油圧ポンプＦを大型にするのでは、無段変速機自体が大型化して、エンジンルームの容量が制限を受ける。

本発明は、油圧ポンプＦを大型にすることなく、変速を速やかに行うことができる無段変速機を提案するものである。

この目的のため本発明による車両の操舵装置は、請求項１に記載のごとく、
内側円錐体と、該内側円錐体を包囲するよう同軸上に配設した外側環状体とを具え、該外側環状体の内周面には内側円錐体の外周面と同一角度のテーパを設けてこれらを対向させ、外側環状体の内周面と内側円錐体の外周面との隙間にはパワーローラを設け、外側環状体および内側円錐体を軸線方向で相互に押し付けて該パワーローラを挟圧し、該パワーローラを自転可能かつ前記内外周面の隙間内で公転し得るよう支持するパワーローラ支持材を設け、該パワーローラ支持材を前記軸方向に移動させることにより内側円錐体とパワーローラ支持材との間でトルク伝動および変速を行う無段変速機において、
前記変速時には前記押し付け力を弱めるよう構成したことを特徴としたものである。

かかる本発明の構成によれば、変速時には前記押し付け力を弱めるよう構成したことから、パワーローラが多大な力により押し付けられることがなく、油圧ポンプは少ない力でもってパワーローラを軸方向に移動させることが可能になり、応答性よく迅速に変速を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の１実施例になる無段変速機の構造を示す縦断面図である。無段変速機を構成する各回転要素は遊星歯車機構と同様の機構を有するが、各回転要素は歯車噛合ではなく回転接触による摩擦力の授受によりトルク伝動を行う。
サンギヤに相当する内側円錐体１は、その中心軸Ｏ方向の一端で入力軸２と結合する。入力軸２は無段変速機のトランスミッションケース３を貫通し、図示しないエンジン側と駆動結合する。内側円錐体１の外周面４は、中心軸Ｏに対し一定角度のテーパを具え、中心軸Ｏ方向の他端に向かうにつれて先細り形状とする。

内側円錐体１の外周には、リングギヤに相当する中空円錐形状の外側環状体５を離間して中心軸Ｏと同軸に配置する。外側環状体５の内周面６は外周面４と同じ角度のテーパを具え、外周面４と内周面６は対向する。入力軸２から遠くなるにつれて内周面６が先細り形状となる外側環状体５は、入力軸２から遠くなるほど径方向の厚みを増す。外側環状体５の入力軸２から遠い方の端部は支持機構１３の可動部に支持される。一方、支持機構１３の本体部はトランスミッションケース３に取り付けられ、外側環状体５は支持機構１３を介してトランスミッションケース３に連結する。外側環状体５は、後述する支持機構１３の伸縮作用により、無段変速機内を軸Ｏ方向に移動可能である。しかし外側環状体５は支持機構１３で回転不能に固定されている。

内側円錐体１の外周面４と外側環状体５の内周面６との間にはプラネタリギヤに相当するパワーローラ７を複数介挿する。パワーローラ７は、内側円錐体１および外側環状体５から押し付け力をうけ、外周面４および内周面６間に挟圧される。そして内側円錐体１が回転する際には、これら接触位置でスリップすることなく摩擦力を授受する。すなわち、内側円錐体１の回転を外周面４から入力されてパワーローラ７は自転しながら中心軸Ｏを公転可能とする。

自転するパワーローラ７は、その回転中心でパワーローラ支持材８の一端に支持される。パワーローラ支持材８は、軸０と同軸の中空円錐形状であり、外周面４および内周面６間の隙間をテーパ角度とほぼ同じ角度で延在し、パワーローラ支持材８の他端は、回転板９と連結する。パワーローラ支持材８の他端は円盤形状の回転板９と連結する。
回転板９はその中心で軸Ｏに沿って延在する出力軸１０の一端と結合し、軸Ｏ中心に回転可能に支持される。また、回転板９は後述するアクチュエータ１１から軸Ｏ方向に延在する伸縮ロッド１２の先端と係合し、回転板９は出力軸１０とともに軸Ｏ方向に移動可能である。

次に本実施例の無段変速機のトルク伝動について説明する。
常態で、パワーローラ７は内外周面４，６によりこれらの隙間で挟圧される。
入力軸２から内側円錐体１へ軸O中心の回転が入力される間は、内側円錐体１が自転するとともに、内側円錐体１および外側環状体５と回転接触するパワーローラ７が自転する。同時にパワーローラ７は軸O周りに公転して、パワーローラ支持材８を連れ回す。パワーローラ７の公転速度がパワーローラ支持材８を介して回転板９の自転速度となり出力軸１０が回転する。このようにして、入力軸２からのトルク伝動が出力軸１０へ出力される。

次に変速操作について説明する。油圧ポンプや電動モータ等からなるアクチュエータ１１が伸縮ロッド１２を軸Ｏ方向に伸縮させると、これに伴い回転板９も軸Ｏ方向に移動し、パワーローラ支持材８を介してパワーローラ７も軸Ｏ方向に移動する。パワーローラ７が回転接触する外周面４は、軸Ｏに対し一定角度のテーパを具えることから、軸Ｏからパワーローラ７までの距離であるパワーローラ７の接触径が連続的に変化する。
このようにパワーローラ７の接触径が連続的に変化することにより、出力軸１０の回転を無段階に変化させることができる。

通常の速度で変速を行う際には、内側円錐体１および外側環状体５が内外周面４，６の隙間でパワーローラ７を挟圧しつつ、アクチュエータ１１がパワーローラ７の軸方向位置を変化させる。このためトルク伝動しつつ変速することができる。

ここでパワーローラ７の挟圧について説明する。外側環状体５を支持する支持機構１３内には、プレロードをかけた支持ばね１４を縮設し、支持ばね１４が外側環状体５を常に軸Ｏ方向の入力軸２側に押し付ける。したがって、外側環状体５は内側円錐体１との間でパワーローラ７を挟圧する。

支持機構１３について補足すると、支持機構１３は外側環状体５に沿って円周方向に複数設けられ、ピストン可動部１３ｐおよびシリンダ本体部１３ｃを具える。ピストン可動部１３ｐはロッド１３ｒを介して外側環状体５と結合し、シリンダ本体部１３ｃがトランスミッションケース３に取り付けられている。支持ばね１４は、ピストン可動部１３ｐおよびシリンダ本体部１３ｃ間で軸Ｏ方向に縮設される。ピストン可動部１３ｐを挟んで支持ばね１４とは反対の部位であって、ピストン可動部１３ｐおよびシリンダ本体部１３ｃに挟まれた空間は、シリンダ室１３ｅを構成する。シリンダ室１３ｅは作動液で満たされており、作動液出入路１５と接続する。

速やかに変速を行う急変速操作の際には、作動液出入路１５からシリンダ室１３ｅ内へ作動液を供給し、この液圧により支持ばね１４を押し縮めながらシリンダ室１３ｅを拡大して、ピストン可動部１３ｐを入力軸２から遠ざかるよう軸Ｏ方向に移動させる。
これよりピストン可動部１３ｐは外側環状体５の外周面６を内側円錐体１の外周面４から離間させ、トルク伝動を遮断する。離間させている間、パワーローラ７は内外周面４，６から押し付け力を受けないことから、アクチュエータ１１は僅かな力で、パワーローラ７の軸方向位置を変化させることができる。アクチュエータ１１がパワーローラ７を速やかに目標位置へ移動させて変速操作が完了すると、シリンダ室１３ｅへの作動液の供給を停止して、ばね１４がピストン可動部１３ｐを押し戻すことによりシリンダ室１３ｅから作動液出入路１５へ作動液を排出する。これにより内周面６は常態の位置に復帰し、外内周面４，６はパワーローラ７を外内周面４，６の隙間で挟圧してトルク伝動を可能にする。
なお、外側環状体５およびピストン可動部１３ｐの上記移動は、パワーローラ７に作用する押し付け力を解消すればよいため、微小でよく、アクチュエータ１１の伸縮ロッド１２の移動と比較して格段に小さい。

図２は、本実施例における変速操作の制御を示すフローチャートである。図示しない変速コントパワーローラへ変速指令を入力すると、まずステップＳ１で急変速操作か否かを判断する。この判断はステップＳ１１で、以下に説明する２つの条件を共に満たすか否かにより判断する。

ステップＳ１１では、現在時刻ｔにおける目標変速比ｉ(t)と、それより所定のサンプリング時間Δｔ前の時刻ｔ―Δｔにおける目標変速比ｉ(t-Δt)との差を算出し、その時間変化ηを次式に基づき算出する。
η＝｛ｉ(t)−ｉ(t-Δt)｝／Δt ・・・・（１）
そして、条件１では、変速比の時間変化ηが閾値η_ｋ以上であるか否かを判断する。

また、運転者が操作するアクセルペダルのアクセル開度APOを現在時刻ｔと時刻ｔ―Δｔとで検出し、条件２ではアクセル開度ＡＰＯの変化割合ΔＡＰＯが、閾値Ｍ以上であるか否かを判断する。アクセル開度ＡＰＯの微小変化の場合には、急変速操作の実行を禁止するためである。

ステップＳ１１でこれらの条件１および２をともに満たすとき、ステップＳ１で急変速操作であると判断して(Yes)、ステップＳ３へ進む。それ以外の場合には(No)、ステップＳ２へ進み、前述した通常の速度で変速を行う（通常の変速制御の実行）。

ステップＳ３では、急変速操作のための制御（急変速制御）を実行する。
まずステップＳ４へ進み、作動液出入路１５から可動式の支持機構１３へ供給する作動液の液圧を上昇させる。次のステップＳ５では、ピストン可動部１３ｐを移動させて、外内周面４，６の距離を離間させる。次のステップＳ６では、パワーローラ７の軸方向位置を、目標変速比に対応する位置へ速やかに移動させる。次のステップＳ７では、作動液出入路１５から可動式の支持機構１３へ供給する作動液の液圧を通常圧まで低下させ、パワーローラ７を内外周面４，６で挟圧する。これにより急変速制御を終了する。

ところで本実施例では、変速時には、支持機構１３がパワーローラ７の押し付け力を弱めるよう構成したことから、アクチュエータ１１が少ない力でパワーローラ７を軸Ｏ方向に移動させることが可能になる。したがって、アクチュエータ１１の小型化および省力化を図ることができる。

具体的には、外側環状体５を軸O方向移動可能に支持し、変速時には外側環状体５の内周面６を内側円錐体１の外周面４から離間する。本実施例の他、内側円錐体１を軸O方向移動可能に同様に支持しても、パワーローラ７の押し付け力を弱めることができる。

また、本実施例においては、図示しない変速コントローラが目標変速比ｉ(t)の時間変化ηを算出し、運転者の操作するアクセル開度ＡＰＯの変化量ΔＡＰＯを検出し、これら時間変化ηが閾値η_ｋ以上であって変化量ΔＡＰＯが閾値Ｍ以上の場合には、外側環状体５の内周面６を内側円錐体１の外周面４から離間させることから、
急変速操作を的確に判別して、通常の変速操作と急変速操作とを適切に使い分けるよう変速操作を制御することができる。したがって、通常の変速操作ではパワーローラ７を挟圧しつつ変速操作を実行して連続してトルクを出力することができ、急変速操作では迅速な変速操作を実行することができる。

本発明の一実施例になる無段変速機の縦断面図である。同無段変速機の変速制御を示すフローチャートである。従来の無段変速機の縦断面図である。

符号の説明

１内側円錐体
２変速機入力軸
３トランスミッションケース
５外側環状体
７パワーローラ
８パワーローラ支持材
９回転板
１０変速機出力軸
１１アクチュエータ
１２伸縮ロッド
１３支持機構

Claims

内側円錐体と、該内側円錐体を包囲するよう同軸上に配設した外側環状体とを具え、該外側環状体の内周面には内側円錐体の外周面と同一角度のテーパを設けてこれらを対向させ、外側環状体の内周面と内側円錐体の外周面との隙間にはパワーローラを設け、外側環状体および内側円錐体を軸線方向で相互に押し付けて該パワーローラを挟圧し、該パワーローラを自転可能かつ前記内外周面の隙間内で公転し得るよう支持するパワーローラ支持材を設け、該パワーローラ支持材を前記軸方向に移動させることにより内側円錐体とパワーローラ支持材との間でトルク伝動および変速を行う無段変速機において、
前記変速時には前記押し付け力を弱めるよう構成したことを特徴とする無段変速機。
請求項１に記載の無段変速機において、
前記外側環状体または前記内側円錐体を軸方向移動可能に支持し、前記変速時には該外側環状体の内周面が前記内側円錐体の外周面から離間するよう構成したことを特徴とする無段変速機。
請求項２に記載の無段変速機において、
目標変速比の時間変化を算出する手段と、運転者の操作するアクセル開度の変化量を検出する手段とを具え、
該目標変速比の時間変化およびアクセル開度の変化量が所定値以上の場合には、前記外側環状体の内周面が前記内側円錐体の外周面から離間するよう構成したことを特徴とする無段変速機の制御装置。