JP2011053029A - Clutch torque transmission capacity analysis device of automatic transmission - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は自動変速機のクラッチトルク伝達容量解析装置に関する。 The present invention relates to a clutch torque transmission capacity analyzing apparatus for an automatic transmission.
自動変速機のトルクを解析する装置としては特許文献1記載の技術が知られている。特許文献1記載の技術にあっては、エンジンとダイナモメータを連結し、車両の走行によってエンジンに作用するであろう負荷トルクをダイナモメータに発生させることで、車両の走行試験を仮想的に行うように構成している。
As a device for analyzing the torque of an automatic transmission, a technique described in
特許文献1記載の技術にあっては、プラネタリギヤ式の自動変速機を用いて車両の走行試験を仮想的に行うように構成しているが、自動変速機の別の例として、平行に配置された入力軸と出力軸に相互に噛合自在に配置される複数組のギヤ群のうちの所望の速度を確立する組のギヤ群を、その速度に対応するクラッチに油圧を供給して軸上に固定し、入力軸から入力されるトルクを出力軸から出力させる平行軸式の自動変速機が知られている。
In the technique described in
そのような平行軸式の自動変速機において、クラッチ単体の設計は一般に簡易なトルク伝達容量計算式が用いられる。しかしながら、このトルク伝達容量計算式が成立するのは、クラッチの係合時に複数枚からなるディスクのそれぞれの面圧分布が一様であり、摩擦係数がディスク面のどの箇所においても一定値をとる場合に限られる。 In such a parallel shaft type automatic transmission, a simple torque transmission capacity calculation formula is generally used for designing a clutch alone. However, this torque transmission capacity calculation formula is satisfied because the surface pressure distribution of each of a plurality of discs is uniform when the clutch is engaged, and the friction coefficient takes a constant value at any location on the disc surface. Limited to cases.
実際にはクラッチ単体のディスク面圧分布は一様ではなく、摩擦係数もディスク面の温度や滑り速度に依存する。そのため、トルク伝達容量計算式ではディスク面圧や摩擦係数は平均値が用いられてきた。 Actually, the disk surface pressure distribution of the clutch alone is not uniform, and the friction coefficient also depends on the disk surface temperature and the sliding speed. Therefore, average values have been used for the disk surface pressure and the friction coefficient in the torque transmission capacity calculation formula.
さらに、自動変速機に組み込まれたクラッチでは、駆動ギヤの軸に対する倒れ(傾き)や軸の撓みなどが生じ、それがトルク伝達容量に影響を及ぼし得ることが経験的に知られている。 Further, it is empirically known that a clutch incorporated in an automatic transmission causes a tilt (inclination) of the drive gear relative to the shaft, a shaft deflection, and the like, which can affect the torque transmission capacity.
しかしながら、この経験則は自動変速機のレイアウトや摩擦特性、さらには運転条件などにより影響を受けるため、クラッチ単体の計算式では考慮することが困難であった。そのため、自動変速機のクラッチのトルク伝達容量は、専らテスト用の自動変速機を試作し、トルク伝達容量試験を行うことで解析されてきた。 However, this rule of thumb is affected by the layout of the automatic transmission, the frictional characteristics, and the operating conditions, so it is difficult to consider in the calculation formula of the clutch alone. Therefore, the torque transmission capacity of the clutch of the automatic transmission has been analyzed exclusively by making a prototype automatic transmission for testing and performing a torque transmission capacity test.
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、テスト用の自動変速機を試作することを不要としつつ、クラッチのトルク伝達容量を解析できるようにした自動変速機のクラッチトルク伝達容量解析装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to eliminate the need for trial production of an automatic transmission for testing, and to analyze the torque transmission capacity of the clutch, and to analyze the clutch torque transmission capacity of the automatic transmission. Is to provide.
上記の目的を解決するために、請求項1にあっては、平行に配置された入力軸と出力軸に相互に噛合自在に配置される複数組のギヤ群のうちの所望の速度を確立する組のギヤ群を、前記所望の速度に対応するクラッチに油圧を供給して前記入力軸と出力軸に固定し、
前記入力軸から入力されるトルクを前記出力軸から出力させる自動変速機の前記クラッチのトルク伝達容量を解析するトルク伝達容量解析装置において、試験装置の相対回転自在な軸の一方に前記クラッチの摩擦ディスクを固定すると共に、他方に前記クラッチの摩擦プレートを固定し、前記摩擦ディスクと摩擦プレートを一定の油圧で面圧均一かつ温度均一に押圧しつつ前記相対回転自在な軸の差回転を変化させたとき、滑りが生じたときの差回転から前記クラッチの摩擦係数μを計測する摩擦係数計測手段と、前記計測された摩擦係数μと、前記自動変速機のトルク伝達フローに基づいて前記ギヤ群の前記入力軸あるいは出力軸上の倒れを模擬する挙動解析モデルを用いて前記自動変速機の前記クラッチのトルク伝達容量を算出するトルク伝達容量算出手段とを備える如く構成した。
In order to solve the above-mentioned object, in
In the torque transmission capacity analyzing apparatus for analyzing the torque transmission capacity of the clutch of the automatic transmission that outputs torque input from the input shaft from the output shaft, the friction of the clutch is applied to one of the relative rotatable shafts of the test apparatus. While fixing the disk, the friction plate of the clutch is fixed to the other, and the differential rotation of the relatively rotatable shaft is changed while pressing the friction disk and the friction plate uniformly with a constant hydraulic pressure and a uniform surface pressure. Friction coefficient measuring means for measuring the friction coefficient μ of the clutch from the differential rotation when slipping occurs, the gear group based on the measured friction coefficient μ and the torque transmission flow of the automatic transmission. Torque for calculating the torque transmission capacity of the clutch of the automatic transmission using a behavior analysis model that simulates tilting of the input shaft or output shaft And a transmission capacity calculating means.
請求項2に係る自動変速機のクラッチトルク伝達容量解析装置にあっては、前記トルク伝達容量算出手段は、前記計測された摩擦係数μから前記クラッチの摩擦面上の摩擦円を算出し、前記摩擦円の摩擦力Ffを算出する摩擦力算出手段と、前記挙動解析モデルから前記摩擦円の半径方向荷重Frを算出する半径方向荷重算出手段とを備え、前記算出された摩擦力Ffと半径方向荷重Frとから前記摩擦円の接線方向の摩擦力に相当するクラッチのトルク伝達力Ftを算出する如く構成した。 In the clutch torque transmission capacity analysis device for an automatic transmission according to claim 2, the torque transmission capacity calculation means calculates a friction circle on the friction surface of the clutch from the measured friction coefficient μ, and Friction force calculation means for calculating the friction force Ff of the friction circle, and radial load calculation means for calculating the radial load Fr of the friction circle from the behavior analysis model, the calculated friction force Ff and the radial direction The clutch torque transmission force Ft corresponding to the frictional force in the tangential direction of the friction circle is calculated from the load Fr.
請求項3に係る自動変速機のクラッチトルク伝達容量解析装置にあっては、前記摩擦係数計測手段は、前記クラッチの摩擦係数μを温度ごとに計測する如く構成した。 In the clutch torque transmission capacity analyzing apparatus for an automatic transmission according to claim 3, the friction coefficient measuring means is configured to measure the friction coefficient μ of the clutch for each temperature.
請求項1に係る自動変速機のクラッチトルク伝達容量解析装置にあっては、試験装置の相対回転自在な軸の一方にクラッチの摩擦ディスクを固定すると共に、他方にその摩擦プレートを固定し、摩擦ディスクと摩擦プレートを一定の油圧で面圧均一かつ温度均一に押圧しつつ相対回転自在な軸の差回転を変化させたとき、滑りが生じたときの差回転からクラッチの摩擦係数μを計測し、計測された摩擦係数μと、自動変速機のトルク伝達フローに基づいてギヤ群の入力軸あるいは出力軸上の倒れを模擬する挙動解析モデルを用いて自動変速機のクラッチのトルク伝達容量を算出する如く構成したので、クラッチの摩擦係数μを計測してデータベース化することが可能となり、それによって自動変速機のレイアウトが変更されるときも、テスト用の自動変速機を試作する必要なく、クラッチのトルク伝達容量を解析することができる。
In the clutch torque transmission capacity analyzing apparatus for an automatic transmission according to
請求項2に係る自動変速機のクラッチトルク伝達容量解析装置にあっては、計測された摩擦係数μからクラッチの摩擦面上の摩擦円を算出し、その摩擦力Ffを算出すると共に、挙動解析モデルから摩擦円の半径方向荷重Frを算出し、算出された摩擦力Ffと半径方向荷重Frとから摩擦円の接線方向の摩擦力に相当するクラッチのトルク伝達力Ftを算出する如く構成したので、上記した効果に加え、クラッチのトルク伝達力Ftを算出することで、トルク伝達容量を簡易かつ精度良く解析することができる。 In the clutch torque transmission capacity analyzing apparatus for an automatic transmission according to claim 2, the friction circle on the friction surface of the clutch is calculated from the measured friction coefficient μ, the friction force Ff is calculated, and the behavior analysis is performed. The configuration is such that the radial load Fr of the friction circle is calculated from the model, and the clutch torque transmission force Ft corresponding to the friction force in the tangential direction of the friction circle is calculated from the calculated friction force Ff and the radial load Fr. In addition to the effects described above, the torque transmission capacity can be easily and accurately analyzed by calculating the torque transmission force Ft of the clutch.
請求項3に係る自動変速機のクラッチトルク伝達容量解析装置にあっては、クラッチの摩擦係数μを温度ごとに計測する如く構成したので、上記した効果に加え、摩擦係数を温度ごとに計測することで、トルク伝達容量を一層精度良く解析することができる。 In the clutch torque transmission capacity analyzing apparatus for an automatic transmission according to claim 3, since the friction coefficient μ of the clutch is measured for each temperature, in addition to the above effect, the friction coefficient is measured for each temperature. Thus, the torque transmission capacity can be analyzed with higher accuracy.
以下、添付図面に即してこの発明に係る自動変速機のクラッチトルク伝達容量解析装置を実施するための形態について説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A mode for carrying out a clutch torque transmission capacity analyzing apparatus for an automatic transmission according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は、この発明の実施例に係る自動変速機のクラッチトルク伝達容量解析装置が前提とする、車両の自動変速機の断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view of an automatic transmission for a vehicle on the premise of a clutch torque transmission capacity analyzing apparatus for an automatic transmission according to an embodiment of the present invention.
図1において符号10はその自動変速機を示す。自動変速機10は、メインシャフトMSと、カウンタシャフトCSとセカンダリシャフトSSとが平行に配置された平行軸式の有段式の変速機からなる。
In FIG. 1,
図示の自動変速機10においてはシャフト上に相対回転自在に配置されたギヤをクラッ
チ(摩擦伝達装置)でシャフト上に固定することで前進5速、後進1速のうちのいずれかの速度が確立され、トルクコンバータ12から入力される内燃機関(図示せず)の出力は確立された速度で変速され、ディファレンシャル14から出力される。
In the
図2は図1に示すメインシャフトMS付近の拡大図である。 FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of the main shaft MS shown in FIG.
図示の如く、メインシャフトMSには4速クラッチ16と5速クラッチ20とが一体にされてスプライン結合されると共に、メインアイドルギヤ22もスプライン結合される。
As shown in the figure, the main gear MS is spline-coupled with the 4-
さらに、メインシャフトMSにはメイン4速ギヤ24とメインリバースギヤ26が形成されるハブ30と、メイン5速ギヤ32が形成されるハブ34が、ニードルベアリング36を介して回転自在に支持される。
Furthermore, a
4速クラッチ16はハブ30にスプライン結合される4枚の環状のクラッチディスク(摩擦ディスク)16aと、変速機ケースに固定されるガイド40にスプライン結合される5枚の環状のクラッチプレート(摩擦プレート)16bと、リザーバ(図示せず)から作動油(オイル)が給排されるピストン16cを備える。
The four-
同様に、5速クラッチ20もハブ34にスプライン結合される4枚の環状のクラッチディスク(摩擦ディスク)20aと、ガイド40に一体に固定されるガイド42にスプライン結合される5枚の環状のクラッチプレート(摩擦プレート)20bと、メインシャフトMSの内部に穿設された油路を介して作動油が給排されるピストン20cを備える。
Similarly, the five-
4速クラッチ16あるいは5速クラッチ20のクラッチディスク16aあるいは20aの面上には、紙材からなるクラッチ摩擦材が貼り付けられる。
On the surface of the
図示の如く、4速クラッチ16あるいは5速クラッチ20は交互に配置され、電子制御ユニット(図示せず)によって油圧回路の電磁ソレノイド弁が励磁・消磁されてピストン16cあるいは20cに作動油が供給され、押圧されて相互に接触(圧接)させられるとき、押圧力に応じたトルクでメイン4速ギヤ24あるいはメイン5速ギヤ32をメインシャフトMSに固定し、クラッチからクラッチへの変速を可能とする。メイン5速ギヤ32はカウンタシャフトCS上に配置されたカウンタ5速ギヤ44と噛合する。
As shown in the figure, the 4-
このように、4速クラッチ16あるいは5速クラッチ20は、クラッチディスク16aあるいは20aとクラッチプレート16bあるいは20bを圧接させて動力を伝達する。説明は省略するが、図1においてカウンタシャフトCSとセカンダリシャフトSSに配置される3速以下のクラッチも同様である。
As described above, the 4-
この実施例において特徴的なことは、このような自動変速機のクラッチトルク伝達容量を解析する装置を提供することにある。 A characteristic of this embodiment is to provide a device for analyzing the clutch torque transmission capacity of such an automatic transmission.
以下、それについて説明する。 This will be described below.
図3にクラッチ16などのトルク伝達容量の計測結果を示す。計測の際、自動変速機10の内部の温度Tは潤滑油やクラッチプレートも含めて恒温状態T0に保ち、ピストン推力も一定とした。
FIG. 3 shows the measurement results of the torque transmission capacity of the clutch 16 and the like. During the measurement, the temperature T inside the
図3で横軸にクラッチへの入力トルクを、縦軸にクラッチディスクとクラッチプレートの間の差回転数を示す。トルク伝達容量は、差回転数が規定値に達したときの入力トルクとして定義される。 In FIG. 3, the horizontal axis represents the input torque to the clutch, and the vertical axis represents the differential rotational speed between the clutch disk and the clutch plate. The torque transmission capacity is defined as an input torque when the differential rotation speed reaches a specified value.
差回転数の規定値は、潤滑油による冷却効果でプレート温度を保てる十分小さな値として決定される。図3から明らかな如く、差回転数が上昇すると、伝達トルクも大きくなる傾向が見てとれる。これは、クラッチ摩擦材と潤滑油が持つ、摩擦特性が影響していると思われる。 The prescribed value of the differential rotation speed is determined as a sufficiently small value that can maintain the plate temperature by the cooling effect by the lubricating oil. As can be seen from FIG. 3, it can be seen that the transmission torque tends to increase as the differential rotational speed increases. This seems to be due to the friction characteristics of the clutch friction material and the lubricant.
図2から明らかな如く、4速クラッチ16と5速クラッチ20はそれぞれ4枚のクラッチディスク16a,20aを備える同一構成で、ガイド背面で溶接結合されてなる。また、クラッチディスク16a,20aに貼り付けられる摩擦材も同一のものが使用される。
As is apparent from FIG. 2, the 4-
しかしながら、トルク伝達容量を計測してみると、4速クラッチ16の方が、5速クラッチ20より大きい。これは、クラッチ単体の構造そのものについては差異がないことから、自動変速機10の内部のトルク伝達フローに違いがあるためと考えられる。
However, when the torque transmission capacity is measured, the 4-
クラッチ16,20などのトルク伝達容量が不足すると、クラッチディスク16a,20aとクラッチプレート16b,20bの間が滑り、差回転数が上昇する。差回転数が大きくなり過ぎると、クラッチ構造やレイアウトの変更が必要となり、開発の遅延につながる場合がある。
When the torque transmission capacity of the
解析対象として4速クラッチ16と5速クラッチ20で自動変速機10の実働時のトルク伝達容量が変動する原因を考えるとき、トルク伝達フロー上の違いとして挙げられるのが、ギヤの断面形状とその支持構造である。
When considering the cause of fluctuations in the torque transmission capacity during actual operation of the
4速ギヤ24は5速ギヤ32よりも長いニードルベアリング36で支持されると共に、図2に示す動力伝達経路においてヘリカルギヤ部で荷重伝達する際、5速ギヤ32に比して倒れ難い構造と考えられる。
The
実際に自動変速機10における4速ギヤ24と5速ギヤ32の倒れ量をギャップセンサで計測した結果を図4に示す。明らかに、トルク伝達容量の大きい4速ギヤ24の方が、ギヤの倒れ量が少ないことが分かる。図4でmm/divはレンジを示す。
FIG. 4 shows the result of actually measuring the tilting amount of the
ここで、ギヤが倒れることでトルク伝達容量が低下するメカニズムについて考えてみる。プレート温度、ディスク面圧およびすべり速度は一定とする。 Here, let us consider the mechanism by which the torque transmission capacity is reduced when the gear falls. The plate temperature, disk surface pressure and sliding speed are constant.
先ず、図5に示すような、クラッチ摩擦円上のある1点の摩擦円に着目する。摩擦円の半径を摩擦力Ffとすると、摩擦係数が一定であれば、Ffの向きによらず、摩擦円の大きさは変らない。 First, attention is paid to a certain friction circle on the clutch friction circle as shown in FIG. If the radius of the friction circle is the friction force Ff, the size of the friction circle does not change regardless of the direction of Ff if the friction coefficient is constant.
ギヤ倒れのない理想状態では、図5(a)に示す如く、クラッチディスク16a(20a)とクラッチプレート16b(20b)は同軸上で回転し、Ffは接線方向を向く。従って、Ffの全てがトルク伝達に寄与していると考えられる。
In an ideal state with no gear collapse, as shown in FIG. 5A, the
次にギヤ倒れが生じた場合を考える。図5(b)に示す如く、ギヤ(4速ギヤ24、5速ギヤ32)が倒れると、ギヤとクラッチディスクの噛合い位置で半径方向荷重Frが生じる。これが摩擦面に伝わり、FfはFrの大きさに応じて半径方向へと傾く。
Next, let us consider a case where a gear collapse occurs. As shown in FIG. 5B, when the gear (
その結果、摩擦円の大きさは変らないので、Ffの接線方向成分であるトルク伝達力FtはFfより小さくなる。このように、ギヤが倒れることで、クラッチディスクへの半径方向荷重が増し、トルク伝達容量が低下するものと推定した。 As a result, since the size of the friction circle does not change, the torque transmission force Ft, which is a tangential component of Ff, is smaller than Ff. Thus, it was estimated that the radial load on the clutch disk increased and the torque transmission capacity decreased due to the gear falling.
それを証明するに当たり、自動変速機10の実働時におけるクラッチの摩擦面の摩擦力およびその方向を測定するのは困難である。そこで、ギヤ倒れがない理想状態のクラッチと、5速クラッチ20のトルク伝達フローを模擬した挙動解析モデルを構築して結果を比較するようにした。
In proving that, it is difficult to measure the frictional force and direction of the frictional surface of the clutch when the
図6に自動変速機10の5速クラッチ20へのトルク伝達フローを模擬する挙動解析モデルを示す。
FIG. 6 shows a behavior analysis model that simulates the torque transmission flow to the
図示のモデルにおいて、メイン5速ギヤ32を支持するニードルベアリング36については、実際のクリアランスを再現できるように注意した。荷重条件については、5速クラッチ20がメインシャフトMS上に配置されているので、メインシャフトMSの右端を強制回転させ、カウンタシャフトCS上のカウンタ5速ギヤ44にトルク負荷を徐々に加えるようにした。
In the illustrated model, care was taken to reproduce the actual clearance of the
このとき、ピストン20cの推力は一定を維持するようにした。図示のモデルにおいて、トルク負荷が上昇するにつれ、クラッチディスク20aとクラッチプレート20bの間にすべり差回転が生じ始める。
At this time, the thrust of the
クラッチ摩擦材そのものの摩擦特性を計測する試験装置としてSAE#2試験機やLVFA試験機が挙げられる。これらの試験機では摩擦材を潤滑油の中に浸漬するため、潤滑油量の影響を計測できないことや、摩擦面を一定温度に維持することが難しく、さらには高面圧領域の計測が難しい。 Examples of a test apparatus that measures the friction characteristics of the clutch friction material itself include an SAE # 2 tester and an LVFA tester. In these test machines, the friction material is immersed in the lubricating oil, so it is difficult to measure the effect of the amount of lubricating oil, it is difficult to maintain the friction surface at a constant temperature, and it is also difficult to measure the high surface pressure region .
そこで、図7に示すような試験装置100を用いるようにした。
Therefore, a
図示の如く、試験装置100は相対回転自在で、5速クラッチ20の内径に近い直径を有する軸102,104を備える。軸102,104は同軸上に配置され、軸102が回転自在とされる一方、軸104は固定されるように構成される。
As shown in the figure, the
軸104にはガイド106が設けられる。5速クラッチ20のクラッチディスク20aは軸102に、クラッチプレート20bはガイド106を介して軸104に固定され、よってクラッチディスク20aとクラッチプレート20bは相互に相対回転するように取り付けられる。
A
ガイド106にはピストン110が収容される。ピストン110は、図1に示す自動変速機10と同様、シャフト(固定軸104)の内部に穿設される油路に接続され、作動油(潤滑油)を供給されるとき、クラッチディスク20aとクラッチプレート20bを押圧する。
A
試験装置100は図示のように高い剛性を備え、別の試験機(図示せず)にセットされ、軸102が回転させられる。試験装置100はクラッチディスク20aの面圧分布が一様になると共に、温度管理が容易な構造とされ、ディスク面の温度接触面圧および軸102,104間の差回転を一定値に維持しながら、トルク伝達特性試験が可能なように構成される。
The
図8は、試験装置100を用いて得られた、ある一定温度条件T0におけるクラッチ摩擦材の摩擦特性を示す。
FIG. 8 shows the friction characteristics of the clutch friction material obtained under the certain constant temperature condition T0, obtained using the
図8において縦軸に摩擦係数μを、横軸に面圧(ディスク面圧)と差回転数(すべり速度)をとる。摩擦係数μは、図9に示す試験装置100を模擬した構造解析モデル100
aを用いて同定されたものである。
In FIG. 8, the vertical axis represents the friction coefficient μ, and the horizontal axis represents the surface pressure (disk surface pressure) and the differential rotation speed (sliding speed). The friction coefficient μ is a
It was identified using a.
図8から、5速クラッチ20のクラッチ摩擦材の摩擦特性は、面圧の変化には影響を受け難いが、すべり速度については正の相関を有することが理解できる。
From FIG. 8, it can be understood that the friction characteristics of the clutch friction material of the 5-
図10にこの摩擦特性を用いた5速クラッチ20のトルク伝達容量のシミュレーションの結果を、図11にその計測結果を示す。トルク負荷が増加するにつれ、差回転数が上昇するという定性的な傾向を再現できている。図10のシミュレーションでは、クラッチプレート20bの温度は一定温度T0としている。
FIG. 10 shows the simulation result of the torque transmission capacity of the 5-
次に、ギヤ倒れのない理想状態でのクラッチの解析を行う。解析は、5速クラッチ20の挙動解析モデル(図6)のカウンタ5速ギヤ44を削除し、トルクをメイン5速ギヤ32に直接負荷するようにした。
Next, the clutch is analyzed in an ideal state where there is no gear collapse. In the analysis, the counter 5-
このとき計測された差回転数の結果を図12に示す。図11との対比から明らかな如く、同一の差回転数(縦軸)で比較したとき、トルク伝達容量(横軸)を比べると、図11(実機)では約230Nm、図12(単体)では約280Nmとなり、ギヤ倒れがない場合(単体)の方がトルク伝達容量は大きいこことが見て取れよう。 The result of the differential rotation speed measured at this time is shown in FIG. As is clear from the comparison with FIG. 11, when compared at the same differential rotational speed (vertical axis), the torque transmission capacity (horizontal axis) is compared to about 230 Nm in FIG. 11 (actual machine) and in FIG. 12 (single unit). It can be seen that the torque transmission capacity is larger when there is no gear collapse (single unit).
ギヤ倒れがないクラッチ(理想状態のクラッチ)と5速クラッチ20が同じトルクを伝達しているときのディスク面に作用する摩擦力ベクトルを図13に示す。
FIG. 13 shows the friction force vector acting on the disk surface when the clutch without gear collapse (the ideal clutch) and the
同図(a)のギヤ倒れがないクラッチでは摩擦力ベクトルは全て回転方向に向いているが、同図(b)の5速クラッチ20では同時に半径方向にも摩擦力成分が作用している。
In the clutch with no gear collapse shown in FIG. 5A, the friction force vectors are all directed in the rotational direction. However, in the 5-
両者は同じトルクを伝達していることから、回転方向成分は等価であるが、5速クラッチ20では、半径方向成分も発生しているため、摩擦合力は大きい。それ故、5速クラッチ20では、ギヤ倒れがないクラッチよりも差回転数が増加し、摩擦係数が高い状態でトルクを伝達している。
Since both transmit the same torque, the rotational direction component is equivalent, but in the
ギヤ倒れ量と摩擦力ベクトルの大小を4速クラッチ16と5速クラッチ20に置き換えて考えてみる。図14(a)(b)に示すように、駆動ギヤの倒れ量は、5速クラッチ20のメイン5速ギヤ32に比べ、4速クラッチ16のメイン4速ギヤ24の方が小さい。
Consider changing the magnitude of the gear collapse amount and the friction force vector to the 4th speed clutch 16 and the
このため、図15に示す如く、4速クラッチ16の駆動ギヤ(メイン4速ギヤ24)からディスクつめ部(ディスク16aとハブ30のギヤの噛合い箇所)の接触を介して伝わる半径方向荷重も小さくなる。その結果、4速クラッチ16の摩擦力ベクトルの半径方向性分も小さくなるため、トルク伝達容量は5速より大きくなる。尚、同図(a)は半径方向荷重を、同図(b)は図2と同様のクラッチの構成を示す。
Therefore, as shown in FIG. 15, the radial load transmitted from the drive gear of the 4-speed clutch 16 (main 4-speed gear 24) through the contact of the disk pawl portion (the meshing position of the
自動変速機10の実働時の4速クラッチ16と5速クラッチ20のトルク伝達容量についての計算値と計測値を図16に示す。
FIG. 16 shows calculated values and measured values for the torque transmission capacities of the
上記の如く、クラッチの摩擦力ベクトルの観察から、一定温度条件T0下における自動変速機10のトルク伝達容量は、回転方向だけではなく、半径方向にも同時に生じる摩擦力成分の影響を受け、その分だけ低下することを知見した。
As described above, from the observation of the clutch friction force vector, the torque transmission capacity of the
この実施例に係る自動変速機のトルク伝達容量解析装置は上記した知見に基づいてなされたものであり、図17に示す如く、マイクロコンピュータ(符号200で示す)からなり、試験装置100を用いて計測されたクラッチ20などのディスク摩擦材の摩擦係数μ
を計測する摩擦係数計測部(手段)200aと、その計測結果から(試験装置100を模擬した)構造解析モデル100aを用いて摩擦係数μを同定して摩擦特性(図8)を作成すると共に、自動変速機10のトルク伝達フローに基づく挙動解析モデル(図5)を用いてクラッチ20などのトルク伝達容量を算出するトルク伝達容量算出部(手段)200bを備えるようにした。
The torque transmission capacity analyzing apparatus for an automatic transmission according to this embodiment is based on the above-described knowledge, and is composed of a microcomputer (indicated by reference numeral 200) as shown in FIG. The friction coefficient μ of the disc friction material such as the measured
The friction coefficient measuring unit (means) 200a for measuring the friction coefficient μ is identified by using the
摩擦係数計測部(手段)200aは、試験装置100の軸102,104にクラッチディスク(20aなど)とクラッチプレート(20bなど)を固定し、それらを一定の油圧で面圧均一かつ温度均一に押圧しつつ軸102,104の差回転をステップ状に変化させたとき、滑りが生じたときの差回転(すべり速度)からクラッチ(20など)の摩擦係数μを計測すると共に、摩擦係数μを温度、油圧(面圧)、差回転数(すべり速度)ごと、換言すればそれらを変化させつつ、上記を繰り返して計測してデータベース化する。
The friction coefficient measuring unit (means) 200a fixes a clutch disk (20a, etc.) and a clutch plate (20b, etc.) to the
トルク伝達容量算出部200bは、より具体的には、計測された摩擦係数μからクラッチ16などの摩擦面上の摩擦円を算出し、摩擦円の摩擦力Ffを算出する摩擦力算出部(手段)200b1と、挙動解析モデル(図5)から摩擦円の半径方向荷重Frを算出する半径方向荷重算出部(手段)200b2とを備え、算出された摩擦力Ffと半径方向荷重Frとから摩擦円の接線方向の摩擦力に相当するクラッチのトルク伝達力Ftを算出する。
More specifically, the torque transmission
図18に、摩擦係数計測部200aにおいて温度ごとに、油圧、差回転数を変化させて摩擦係数(計測結果としてはトルク)を計測するときの入力条件と出力結果を示す。
FIG. 18 shows input conditions and output results when the friction
尚、トルク伝達容量算出部200bは、自動変速機10のレイアウトが変更されたとき、変更された自動変速機のトルク伝達フローに基づく挙動解析モデルを用い、摩擦係数計測部200aで計測されてデータベース化されている摩擦係数を使用してクラッチ20などのトルク伝達容量を算出する。
When the layout of the
上記した如く、この実施例にあっては、平行に配置された入力軸(メインシャフトMS)と出力軸(カウンタシャフトCS、セカンダリシャフトSS)に相互に噛合自在に配置される複数組のギヤ群(メイン4速ギヤ24、メイン5速ギヤ32、カウンタ5速ギヤ44など)のうちの所望の速度(n速)を確立する組のギヤ群を、前記所望の速度に対応するクラッチ(4速クラッチ16、5速クラッチ20など)に油圧を供給して前記入力軸と出力軸に固定し、前記入力軸から入力されるトルクを前記出力軸から出力させる自動変速機10の前記クラッチのトルク伝達容量を解析するトルク伝達容量解析装置(マイクロコンピュータ200)において、試験装置100の相対回転自在な軸102,104の一方に前記クラッチの摩擦ディスク(クラッチディスク16a,20aなど)を固定すると共に、他方に前記クラッチの摩擦プレート(クラッチプレート16b、20bなど)を固定し、前記摩擦ディスクと摩擦プレートを一定の油圧で面圧均一かつ温度均一に押圧しつつ前記相対回転自在な軸の差回転を変化させたとき、滑りが生じたときの差回転から前記クラッチの摩擦係数μを計測する摩擦係数計測手段(摩擦係数計測部)200aと、前記計測された摩擦係数μと、前記自動変速機のトルク伝達フローに基づいて前記ギヤ群の前記入力軸あるいは出力軸上の倒れを模擬する挙動解析モデル(図6)を用いて前記自動変速機の前記クラッチのトルク伝達容量を算出するトルク伝達容量算出手段(トルク伝達容量算出部)200bとを備える如く構成したので、クラッチの摩擦係数μを計測してデータベース化することが可能となり、それによって自動変速機10のレイアウトが変更されるときも、テスト用の自動変速機を試作する必要なく、クラッチのトルク伝達容量を解析することができる。
As described above, in this embodiment, a plurality of sets of gear groups are arranged so as to be meshed with each other on the input shaft (main shaft MS) and the output shaft (counter shaft CS, secondary shaft SS) arranged in parallel. A group of gears that establish a desired speed (n-speed) among the main 4-
また、前記トルク伝達容量算出手段は、前記計測された摩擦係数μから前記クラッチの
摩擦面上の摩擦円を算出し、前記摩擦円の摩擦力Ffを算出する摩擦力算出手段(摩擦力算出部)200b1と、前記挙動解析モデルから前記摩擦円の半径方向荷重Frを算出する半径方向荷重算出手段(半径方向荷重算出部)200b2とを備え、前記算出された摩擦力Ffと半径方向荷重Frとから前記摩擦円の接線方向の摩擦力に相当するクラッチのトルク伝達力Ftを算出する如く構成したので、上記した効果に加え、クラッチのトルク伝達力Ftを算出することで、トルク伝達容量を簡易かつ精度良く解析することができる。
Further, the torque transmission capacity calculation means calculates a friction circle on the friction surface of the clutch from the measured friction coefficient μ, and calculates a friction force Ff of the friction circle (friction force calculation unit). ) 200b1 and radial load calculation means (radial load calculation unit) 200b2 for calculating the radial load Fr of the friction circle from the behavior analysis model, and the calculated frictional force Ff and radial load Fr Therefore, the torque transmission force Ft of the clutch corresponding to the frictional force in the tangential direction of the friction circle is calculated. Therefore, in addition to the above effects, the torque transmission capacity can be simplified by calculating the torque transmission force Ft of the clutch. And it can analyze with high precision.
また、前記摩擦係数計測手段は、前記クラッチの摩擦係数μを温度ごとに計測する如く構成したので、上記した効果に加え、摩擦係数を温度ごとに計測することで、トルク伝達容量を一層精度良く解析することができる。 Further, since the friction coefficient measuring means is configured to measure the friction coefficient μ of the clutch for each temperature, in addition to the effects described above, the torque transmission capacity can be more accurately determined by measuring the friction coefficient for each temperature. Can be analyzed.
尚、上記においてこの発明を4速クラッチ16あるいは5速クラッチ20を例にとって説明したが、この発明は3速以下のクラッチについても妥当する。
In the above description, the present invention has been described by taking the 4-
10 自動変速機、12 トルクコンバータ、14 ディファレンシャル、16 4速クラッチ、16a クラッチディスク(摩擦ディスク)、16b クラッチプレート(摩擦プレート)、16c ピストン、20 5速クラッチ、20a クラッチディスク(摩擦ディスク)、20b クラッチプレート(摩擦プレート)、20c ピストン、24 メイン4速ギヤ、30 ハブ、32 メイン5速ギヤ、34 ハブ、36 ニードルベアリング、40,42 ガイド、44 カウンタ5速ギヤ、100 試験装置、102,104 軸、110 ピストン、200 トルク伝達容量解析装置、200a 摩擦係数計測部、200b トルク伝達容量算出部、200b1 摩擦力算出部、200b2 半径方向荷重算出部、MS メインシャフト(入力軸)、CS カウンタシャフト(出力軸)、SS セカンダリシャフト(出力軸) 10 automatic transmission, 12 torque converter, 14 differential, 16 4-speed clutch, 16a clutch disk (friction disk), 16b clutch plate (friction plate), 16c piston, 20 5-speed clutch, 20a clutch disk (friction disk), 20b Clutch plate (friction plate), 20c piston, 24 main 4 speed gear, 30 hub, 32 main 5 speed gear, 34 hub, 36 needle bearing, 40, 42 guide, 44 counter 5 speed gear, 100 test equipment, 102, 104 Shaft, 110 piston, 200 torque transmission capacity analyzer, 200a friction coefficient measurement section, 200b torque transmission capacity calculation section, 200b1 friction force calculation section, 200b2 radial load calculation section, MS main shaft (input shaft) CS counter shaft (output shaft), SS secondary shaft (output shaft)
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