JP2012163143A - Control device for belt type continuously variable transmission - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、駆動プーリと従動プーリとの間に巻き掛けられた伝動ベルトを介して動力伝達をおこなうとともに、伝動ベルトの巻き掛かり半径を連続的に変化させることにより変速比を無段階に変更するベルト式無段変速機の制御装置に関するものである。 The present invention performs power transmission via a transmission belt wound between a driving pulley and a driven pulley, and continuously changes the wrapping radius of the transmission belt to change the transmission ratio steplessly. The present invention relates to a control device for a belt type continuously variable transmission.
この種のベルト式無段変速機は、伝動ベルトが巻き掛けられるプーリの溝幅を変化させることにより、伝動ベルトの巻き掛かり半径を変化させて変速比を無段階に設定し、伝動ベルトとこれが巻き掛けられるプーリとの間に生じる摩擦力によってトルクを伝達するように構成されている。伝動ベルトは、エレメントもしくはブロックなどと称される多数の金属片を例えばスチールバンドにより環状に結束して構成された金属ベルトと、例えばゴムや樹脂などを主体として構成された非金属製ベルトとに大別することができる。非金属製ベルトは、プーリに対してゴムや樹脂などが接触し、またプーリとの接触部分をオイルによって潤滑しないので、金属ベルトに比較して摩擦係数が大きくなっている。その非金属製ベルトを用いたベルト式無段変速機は、非金属製ベルトの摩擦係数が金属ベルトに比較して大きいことにより、プーリの回転数が低かったり、プーリの回転が停止している状態では変速し難かったり、あるいは変速できなかったりすることが知られている。 In this type of belt type continuously variable transmission, by changing the groove width of the pulley around which the transmission belt is wound, the winding radius of the transmission belt is changed to set the transmission ratio steplessly. Torque is transmitted by frictional force generated between the pulleys to be wound. The transmission belt is divided into a metal belt formed by bundling a large number of metal pieces called elements or blocks, for example, with a steel band, and a non-metallic belt mainly composed of rubber or resin, for example. It can be divided roughly. A non-metallic belt has a friction coefficient larger than that of a metal belt because rubber, resin, or the like is in contact with the pulley, and the contact portion with the pulley is not lubricated with oil. In the belt type continuously variable transmission using the non-metallic belt, the friction coefficient of the non-metallic belt is larger than that of the metallic belt, so that the number of rotations of the pulley is low or the rotation of the pulley is stopped. It is known that shifting is difficult or cannot be performed in this state.
そのような非金属製ベルトを用いたベルト式無段変速機の一例が特許文献1に記載されている。この特許文献1に記載されているベルト式無段変速機は、駆動プーリと従動プーリとこれらの間に巻き掛けられた非金属製ベルトと各プーリの溝幅を変更するための変速用モータとを主要な構成要素として備えている。その変速用モータは、直流式の電動機(すなわち、DCモータ)であって、回転方向によって回転速度や効率などの回転特性が異なっている。そして、ベルト式無段変速機の変速比を大きくする場合における上記の変速用モータの回転速度が、変速比を小さくする場合における上記の変速用モータの回転速度に比較して速くなるように構成されている。言い換えれば、減速方向の変速速度を向上できるように構成されており、したがって、例えば、ベルト式無段変速機の変速比が小さい状態で、車両が走行している状態から急な制動操作により車両が急停止するまでの間において、ベルト式無段変速機の変速比を、車両が停止している状態から発進可能にする変速比まで変速することができるように構成されている。そのため、車両の再発進性を向上できる、とされている。
An example of a belt-type continuously variable transmission using such a non-metallic belt is described in
非金属製ベルトを使用したベルト式無段変速機は、非金属製ベルトの摩擦係数が金属ベルトの摩擦係数に比較して大きいことにより、金属ベルトを使用する場合に比較して非金属製ベルトとプーリとの間で滑りが生じ難く、また一般的に変速比を変更するためにはプーリが回転している必要がある。すなわち、回転数依存性がある。したがって、特許文献1に記載された装置では、車両が走行している状態から停止するまでの間に、ベルト式無段変速機の変速比を車両が発進可能な変速比にするために、減速方向の変速速度を向上させるように構成されている。しかしながら、変速用モータの回転速度を増大させると、その分、エネルギを消費することになるから車両の燃費が悪化したり、あるいは変速用モータの回転速度の増大に伴ってプーリの溝幅を変更するための推力が過剰になる可能性がある。
A belt-type continuously variable transmission using a non-metallic belt has a non-metallic belt compared to when using a metal belt because the friction coefficient of the non-metallic belt is larger than that of the metal belt. And the pulley hardly slip, and generally the pulley needs to rotate to change the gear ratio. That is, there is rotation speed dependency. Therefore, in the apparatus described in
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、変速比に応じた推力を得ることができるとともに、燃費の低下を抑制もしくは防止することができるベルト式無段変速機の制御装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made paying attention to the technical problem described above, and can control a belt-type continuously variable transmission that can obtain thrust according to a gear ratio and suppress or prevent a decrease in fuel consumption. The object is to provide an apparatus.
上記の目的を達成するために、請求項1の発明は、駆動プーリと従動プーリとのそれぞれが、回転軸に一体化された固定シーブとその固定シーブに対して接近・離隔するように前記回転軸の軸線方向に移動可能な可動シーブとによって構成されるとともに、それらのシーブの対向面が、伝動ベルトを巻き掛けるベルト巻き掛け溝を形成するテーパ面とされ、前記可動シーブを前記回転軸の軸線方向に移動させて前記溝幅を変化させることにより前記伝動ベルトの巻き掛かり半径を変化させて変速比を連続的に変更するベルト式無段変速機の制御装置において、前記従動プーリの各テーパ面は、それらの半径方向で外側部分の摩擦係数と内側部分の摩擦係数とが異なるように形成され、前記従動プーリのテーパ面と前記伝動ベルトとが接触している位置が前記内側部分と外側部分との境界位置より内側部分側か外側部分側かを判断する位置判断手段と、該位置判断手段によって判断された位置での摩擦係数に基づいて、前記従動プーリにおける前記回転軸の軸線方向の荷重を前記可動シーブに作用させる推力を算出する手段とを備えていることを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the rotation of the driving pulley and the driven pulley is performed so that each of the driving sheave and the driven pulley approaches and separates from the stationary sheave integrated with the rotating shaft. The movable sheave is movable in the axial direction of the shaft, and the facing surface of the sheave is a tapered surface that forms a belt winding groove around which the transmission belt is wound, and the movable sheave is connected to the rotating shaft. In a control device for a belt-type continuously variable transmission in which a gear ratio is continuously changed by changing a winding radius of the transmission belt by moving in the axial direction and changing the groove width, each taper of the driven pulley The surface is formed so that the friction coefficient of the outer part and the friction coefficient of the inner part are different in the radial direction, and the tapered surface of the driven pulley and the transmission belt are in contact with each other. Position determining means for determining whether the position of the inner portion side or the outer portion side from the boundary position between the inner portion and the outer portion, and the driven pulley based on the friction coefficient at the position determined by the position determining means And a means for calculating a thrust for causing the load in the axial direction of the rotating shaft to act on the movable sheave.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記伝動ベルトが摩擦係数が大きい側から摩擦係数が小さい側に移動する場合に、前記境界位置より前記摩擦係数が大きい側で前記摩擦係数が小さい側の摩擦係数に基づいて前記推力を増大させる手段を更に備えていることを特徴とするベルト式無段変速機の制御装置である。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, when the transmission belt moves from a side with a large friction coefficient to a side with a small friction coefficient, the friction coefficient is larger on the side where the friction coefficient is larger than the boundary position. A control device for a belt-type continuously variable transmission, further comprising means for increasing the thrust based on a friction coefficient on a smaller side.
請求項1の発明によれば、従動プーリのテーパ面は、外側部分の摩擦係数と内側部分の摩擦係数とが異なって形成されている。そして、従動プーリのテーパ面と伝動ベルトとが接触している位置が、その内側部分と外側部分との境界部分より内側部分側か外側部分側かを判断する位置判断手段と、位置判断手段によって判断された位置での摩擦係数に基づいて、従動プーリにおける回転軸の軸線方向の荷重を可動シーブに作用させる推力を算出する手段とを備えているので、伝動ベルトとテーパ面との接触位置に応じた摩擦係数を利用して推力を算出することができる。そのため、テーパ面における摩擦係数が小さい位置で伝動ベルトと接触している場合に伝動ベルトとテーパ面との動力の伝達するための摩擦力を得ることができ、また、摩擦係数が大きい位置で伝動ベルトと接触している場合に伝動ベルトとテーパ面との摩擦力が過剰となることを抑制もしくは防止することができる。したがって、伝動ベルトとテーパ面との接触位置に応じた推力を得ることができるので、推力が過剰になることによる燃費の低下を抑制もしくは防止することができる。
According to the invention of
請求項2の発明によれば、伝動ベルトが摩擦係数が大きい側から摩擦係数が小さい側に移動する場合に、境界位置より摩擦係数が大きい側で摩擦係数が小さい側の摩擦係数に基づいて推力を増大させる手段を更に備えているので、摩擦係数が大きい位置から摩擦係数が小さい位置に伝動ベルトが移動しても、摩擦係数が小さい位置に伝動ベルトが到達する以前に推力を小さい摩擦係数に基づいて推力を増大させることができる。したがって、摩擦係数が小さい位置に伝動ベルトが移動した時点で、一時的に推力が不足することを抑制もしくは防止することができる。 According to the second aspect of the present invention, when the transmission belt moves from the side having the larger friction coefficient to the side having the smaller friction coefficient, the thrust is based on the friction coefficient on the side having the smaller friction coefficient than the boundary position. Is further provided, so even if the transmission belt moves from a position where the friction coefficient is large to a position where the friction coefficient is small, the thrust is reduced to a small friction coefficient before the transmission belt reaches the position where the friction coefficient is small. Based on this, the thrust can be increased. Therefore, when the transmission belt moves to a position where the friction coefficient is small, it is possible to suppress or prevent a shortage of thrust temporarily.
つぎにこの発明について具体的な構成の一例を挙げて説明する。図2は、この発明の対象とすることのできるベルト式無段変速機1を模式的に示した図である。まず、そのベルト式無段変速機1の構成について簡単に説明する。図に示すベルト式無段変速機1は、従来知られたベルト式無段変速機1と同様の構成であって、図示しない動力源からトルクが伝達される駆動プーリ2と、その駆動プーリ2の動力が伝達され、図示しない車輪やギヤトレーン部などに動力を出力する従動プーリ3と、各プーリ2,3に巻き掛けられて駆動プーリ2のトルクを従動プーリ3に伝達する伝動ベルト4とで構成されている。
Next, the present invention will be described with an example of a specific configuration. FIG. 2 is a diagram schematically showing a belt-type continuously
それぞれのプーリ2,3は、回転軸5(6)に一体に形成された固定シーブ2a(3a)と、その固定シーブ2a(3a)に対して接近・離隔するように回転軸5(6)の軸線方向に移動可能に保持された可動シーブ2b(3b)とによって構成されている。さらに、各シーブ2a,2b(3a,3b)の対向面が伝動ベルト4を巻き掛けるベルト巻き掛け溝を形成するテーパ面2c,2d(3c,3d)となっている。
Each
伝動ベルト4は、一例として非金属製複合ベルト4であり、非金属製複合ベルト4は、プーリ2,3に巻き掛かる際にこれらのベルト溝に当接するとともに、ベルト溝の溝表面から受ける圧力に対抗する多数のブロックと、それら多数のブロックを環状に保持するための樹脂製のバンドとを備えている。
The
ブロックは、例えば鋼やアルミ合金などの金属製の板片状の部材に樹脂等をコーティングすることにより形成されている。あるいは、高強度の合成樹脂等を材料として樹脂製のバンドに一体に形成することもできる。そして、ブロックのベルト幅方向における左右の側面が各プーリ2,3のテーパ面に沿った形状とされていて、プーリ2,3のテーパ面2c,2d(3c,3d)に当接するようになっている。
The block is formed by coating a resin or the like on a plate-shaped member made of metal such as steel or aluminum alloy. Alternatively, a high-strength synthetic resin or the like can be integrally formed on a resin band. The left and right side surfaces of the block in the belt width direction are formed along the tapered surfaces of the
つまり、可動シーブ2d(3d)が軸線方向に移動することによって伝動ベルト4がテーパ面2c,2d(3c,3d)に沿ってプーリ2(3)の径方向に移動するように構成されている。そして、可動シーブ2b(3b)を軸線方向に移動させるために、図に示す例では可動シーブ2b(3b)の背面、すなわち固定シーブと対向した面とは反対側の面に油圧室7,8が設けられている。
That is, the
したがって、油圧室7(8)の油圧を増減することによって軸線方向に可動シーブ2b(3b)が受ける荷重を変化させることができるので、可動シーブ2b(3b)が移動することにより伝動ベルト4の巻き掛け半径が変化して変速比を変化させることや伝動ベルト4を挟み付ける挟圧力を変化させることができる。そのため、油圧室7,8に供給された油圧を制御するために、従来知られた油圧制御装置9が設けられている。その油圧制御装置9の一例として、油圧源から油圧を油圧室7,8に供給する供給弁と油圧室7,8の油圧を図示しないオイルパンなどに排出する排出弁とがそれぞれの油圧室7,8に連結されているものがある。また、各弁は通電される電力に応じた油圧を供給もしくは排出するように構成されている。したがって、その油圧制御装置9に通電する電力を制御するために、図に示す例では電子制御装置10が電気的に連結されている。なお、電子制御装置10は、車輪の回転数やエンジン回転数あるいはアクセル開度などの種々の信号が入力されて、その信号に基づいた電力を油圧制御装置9などの各装置に出力するように構成されている。
Therefore, since the load received by the
さらに、この発明で対象とすることのできるベルト式無段変速機1は、従動プーリ3の各テーパ面3c,3dにおける内周側と外周側との摩擦係数が異なって形成されている。図3に示す例では、内周側の摩擦係数が外周側の摩擦係数より小さく形成されている。具体的には、テーパ面3c(3d)の内周側を合成樹脂などによって形成し、外周側を金属製の材料で形成することによって、内周側と外周側との摩擦係数を変化させるように構成されている。なお、この発明で対象とするベルト式無段変速機1は、テーパ面における内周側と外周側との摩擦係数が異なって形成されていればよいので、内周側の摩擦係数を外周側の摩擦係数より大きく形成したものであってもよい。また、摩擦係数を変化させるためにテーパ面3c(3d)の表面粗さを変えて形成するなど上記の例以外の種々の方法によって摩擦係数を変化させていてもよい。
Furthermore, the belt-type continuously
上述した構成例では、内周側の摩擦係数が外周側の摩擦係数より小さく形成されているので、内周側から外周側に伝動ベルト4が移動しやすくなる。そのため、車両が高速で走行している状態で変速比が増速側にある場合、すなわち従動プーリ3の内周側で伝動ベルト4が挟み付けられている場合に急停車しても、伝動ベルト4が発進可能な変速比すなわち従動プーリ3の外周側に移動することができる。
In the configuration example described above, the friction coefficient on the inner peripheral side is formed smaller than the friction coefficient on the outer peripheral side, so that the
一方、従動プーリ3の挟圧力を増速側の変速比に合わせて設定すると、変速比が減速側のときに挟圧力が過剰となって燃費が低下したり伝動ベルト4やプーリ2,3の耐久性が低下したりする可能性があり、それとは反対に減速側の変速比に合わせて挟圧力を設定すると、変速比が増速側のときに挟圧力が不足する可能性がある。この発明は、従動プーリ3の可動シーブ3dに作用させる推力を制御することによって変速比に応じた挟圧力を得るように構成されている。その推力の制御例について図1に示すフローチャートを参照して説明する。
On the other hand, if the clamping pressure of the driven
まず、車輪や出力軸の回転数を検出する車速センサから車速を取り込み、エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度センサからエンジン回転速度を取り込み、アクセル開度や上記エンジン回転数などに基づくエンジン状態より算出された推定エンジントルクを取り込む(ステップS1)。ついで、エンジン回転数に基づいて算出される入力軸5の回転数N1と、車速に基づいて算出される出力軸6の回転数N2とに基づいて変速比γを算出する(ステップS2)。このステップS2は、入力軸5の回転数N1を出力軸6の回転数N2で除算した値である。
First, the vehicle speed is taken from the vehicle speed sensor that detects the rotation speed of the wheels and the output shaft, the engine rotation speed is taken from the engine speed sensor that detects the engine rotation speed, and the engine state based on the accelerator opening and the engine rotation speed is used. The calculated estimated engine torque is taken in (step S1). Next, the speed ratio γ is calculated based on the rotational speed N1 of the input shaft 5 calculated based on the engine rotational speed and the rotational speed N2 of the
そして、ステップS2で算出された変速比γが切換変速比γcより大きいか否かを判断する(ステップS3)。なお、切換変速比γcとは伝動ベルト4が従動プーリ3に巻き掛けられた半径が摩擦係数の境界位置となる変速比を表す。したがって、ステップS3で肯定的に判断された場合には、摩擦係数の境界位置より減速側で伝動ベルト4が従動プーリ3に巻き掛けられているので、その接触部のテーパ面3c,3dの摩擦係数は大きい摩擦係数となる。したがって、推力を算出するための摩擦係数μcalをμ1と定義する(ステップS4)。それとは反対に、ステップS3で否定的に判断された場合は、摩擦係数の境界位置より増速側で伝動ベルトがプーリに巻き掛けられているので、その接触部のテーパ面の摩擦係数は小さい摩擦係数となる。したがって、推力を算出するための摩擦係数μcalをμ2と定義する(ステップS5)。
Then, it is determined whether or not the speed ratio γ calculated in step S2 is larger than the switching speed ratio γc (step S3). Note that the switching speed ratio γc represents a speed ratio at which the radius at which the
上記ステップS4およびステップS5で定義された摩擦係数μcalに基づいて従動プーリ3の目標推力Wsecを算出する(ステップS6)。なお、以下の式に基づいて推力を算出することができる。
Wsec=(SF*Tin*cosθ)/(2*μcal*Rin)
なお、SFは安全率、Tinは入力トルク、θはプーリの傾き角、Rinは駆動プーリ2上のベルト巻き掛け半径を示す。
Based on the friction coefficient μcal defined in steps S4 and S5, the target thrust Wsec of the driven
Wsec = (SF * Tin * cos θ) / (2 * μcal * Rin)
SF is a safety factor, Tin is an input torque, θ is an inclination angle of the pulley, and Rin is a belt winding radius on the driving
上述したように走行時の変速比を算出して、その変速比に基づく摩擦係数を定義して推力を算出することにより、変速比が増速側である場合に推力が不足することを抑制もしくは防止することができ、それとは反対に変速比が減速側である場合に推力が過剰となることを抑制もしくは防止することができるので、燃費が低下したり伝動ベルト4やプーリ2,3の耐久性が低下したりすることを抑制もしくは防止することができる。
As described above, the gear ratio at the time of traveling is calculated, the friction coefficient based on the gear ratio is defined, and the thrust is calculated, thereby suppressing the shortage of thrust when the gear ratio is on the acceleration side or On the contrary, when the gear ratio is on the deceleration side, it is possible to suppress or prevent excessive thrust, so that fuel consumption is reduced and durability of the
また、上述した制御例では、車両が一定の速度で走行して変速比が変化しない場合を例に挙げているが、特に減速側から増速側に変速比が変化した場合に、増速側に移動した時点での推力が一時的に不足する可能性があるそのため、この発明に係るベルト式無段変速機1の制御装置は、上記の制御例におけるステップS3での判断における切換変速比γcを、推力応答遅れを考慮した分、減速側にオフセットした変速比γc’と置換して判断するように構成されている。
Further, in the above control example, the case where the vehicle travels at a constant speed and the gear ratio does not change is taken as an example. However, particularly when the gear ratio changes from the deceleration side to the acceleration side, the acceleration side Therefore, the control device for the belt-type continuously
このように切換変速比γcを減速側にオフセットすることによって、目標変速比が増速側である場合であっても、増速側に伝動ベルト4が移動する以前に推力を算出するための摩擦係数μcalが増速側の摩擦係数μ2に定義されるので、伝動ベルト4が増速側に移動した時点での推力の不足を抑制もしくは防止することができる。
By offsetting the switching speed ratio γc to the deceleration side in this way, even if the target speed ratio is the speed increasing side, the friction for calculating the thrust before the
なお、上述した構成例では、従動プーリ4の内周側の摩擦係数が外周側の摩擦係数より低くなるように構成されていたが、内周側の摩擦係数が外周側の摩擦係数より大きくなるように構成されていてもよい。その場合は、上述した制御例におけるステップS4で摩擦係数をμ2と定義し、ステップS5で摩擦係数をμ1と定義すればよい。また、この発明で対象とすることのできるベルト式無段変速機1は、伝動ベルト4とテーパ面3c,3dとが接触して動力を伝達するものであり、そのテーパ面3c,3dの内周側と外周側とで摩擦係数が異なるように構成されていればよいので、伝動ベルト4が金属製のものであってもよい。さらに、従動プーリ3に作用させる推力は、油圧を利用したものの他に、伝動モータを利用したものであってもよく、他の機構あるいは手段を利用したものであってもよい。
In the configuration example described above, the friction coefficient on the inner peripheral side of the driven
1…ベルト式無段変速機、 2…駆動プーリ、 3…従動プーリ、 2a,3a…固定シーブ、 2b,3b…可動シーブ、2c,2d,3c,3d…テーパ面、 4…伝動ベルト、 5,6…回転軸。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記従動プーリの各テーパ面は、それらの半径方向で外側部分の摩擦係数と内側部分の摩擦係数とが異なるように形成され、
前記従動プーリのテーパ面と前記伝動ベルトとが接触している位置が前記内側部分と外側部分との境界位置より内側部分側か外側部分側かを判断する位置判断手段と、
該位置判断手段によって判断された位置での摩擦係数に基づいて、前記従動プーリにおける前記回転軸の軸線方向の荷重を前記可動シーブに作用させる推力を算出する手段と
を備えていることを特徴とするベルト式無段変速機の制御装置。 Each of the driving pulley and the driven pulley is constituted by a fixed sheave integrated with the rotating shaft and a movable sheave movable in the axial direction of the rotating shaft so as to approach and separate from the fixed sheave. The facing surfaces of the sheaves are tapered surfaces that form a belt winding groove around which the transmission belt is wound, and the transmission sheave is changed by moving the movable sheave in the axial direction of the rotating shaft to change the groove width. In a control device for a belt-type continuously variable transmission that continuously changes a gear ratio by changing a belt winding radius,
Each tapered surface of the driven pulley is formed such that the coefficient of friction of the outer part and the coefficient of friction of the inner part are different in their radial direction,
Position determining means for determining whether a position where the tapered surface of the driven pulley is in contact with the transmission belt is an inner part side or an outer part side from a boundary position between the inner part and the outer part;
And a means for calculating a thrust for causing the load in the axial direction of the rotating shaft of the driven pulley to act on the movable sheave based on the friction coefficient at the position determined by the position determining means. Control device for belt type continuously variable transmission.
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