JP2014152794A

JP2014152794A - トロイダル型無段変速機

Info

Publication number: JP2014152794A
Application number: JP2013020455A
Authority: JP
Inventors: Takumi Shinojima; 巧篠島; Hiromasa Nakamura; 博政中村
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; NSK Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; NSK Ltd
Priority date: 2013-02-05
Filing date: 2013-02-05
Publication date: 2014-08-25

Abstract

【課題】入力側、出力側両ディスク同士の間を通過するトルクが急変動した場合にも、トラクション部で有害な滑りであるグロススリップが発生するのを防止できる構造を実現する。
【解決手段】アクセル開度及びエンジンの回転数から算出したエンジンの出力予定トルクが、押圧装置の発生する押圧力に基づいて算出した、その時点での伝達可能なトルク（入力側ディスクに入力可能なトルク）よりも大きい場合、エンジンの出力トルクをこの伝達可能なトルク以下に規制する。
【選択図】図４

Description

この発明は、例えば車両（自動車）用の自動変速装置、建設機械（建機）や農業機械（農機）用の自動変速装置、航空機（固定翼機、回転翼機、飛行船等）等で使用されるジェネレータ（発電機）用の自動変速装置、ポンプ等の各種産業機械の運転速度を調節する為の自動変速装置として利用する、トロイダル型無段変速機の改良に関する。

自動車用自動変速機として使用されるトロイダル型無段変速機が、特許文献１〜６等の多くの刊行物に記載され、且つ、一部で実施されていて周知である。この様なトロイダル型無段変速機は、互いに対向する軸方向側面をトロイド曲面とした入力側ディスクと出力側ディスクとの間に、複数個のパワーローラを挟持して成る。運転時には、この入力側ディスクの回転が、これら各パワーローラを介して前記出力側ディスクに伝達される。これら各パワーローラは、それぞれトラニオン等の支持部材に回転自在に支持されており、これら各支持部材は、それぞれ前記両ディスクの中心軸に対し捩れの位置にある枢軸を中心とする揺動変位を自在に支持されている。これら両ディスク同士の間の変速比を変える場合は、油圧式のアクチュエータにより前記各支持部材を前記枢軸の軸方向に変位させる。この様なアクチュエータへの圧油の給排は、制御弁により制御すると共に、前記各支持部材の動きをこの制御弁にフィードバックする様に構成している。

前記アクチュエータへの圧油の給排に基づき、前記各支持部材を前記枢軸の軸方向に変位させると、前記各パワーローラの周面と前記入力側、出力側各ディスクの側面との転がり接触部（トラクション部）に作用する、接線方向の力の向きが変化（転がり接触部にサイドスリップが発生）する。そして、この力の向きの変化に伴って前記各支持部材が前記枢軸を中心に揺動（傾斜）し、前記各パワーローラの周面と前記入力側、出力側各ディスクの側面との接触位置が変化する。これら各パワーローラの周面を、この入力側ディスクの側面の径方向外寄り部分と、前記出力側ディスクの側面の径方向内寄り部分とに転がり接触させれば、前記両ディスク同士の間の変速比が増速側になる。これに対して、前記各パワーローラの周面を、前記入力側ディスクの側面の径方向内寄り部分と、前記出力側ディスクの側面の径方向外寄り部分とに転がり接触させれば、前記両ディスク同士の間の変速比が減速側になる。

又、上述の様なトロイダル型無段変速機を実際の自動車用自動変速機に組み込む場合、遊星歯車機構等の歯車式の差動ユニットと組み合わせて無段変速装置を構成する事が、従来から提案されている。図７〜８は、特許文献３に記載された無段変速装置のブロック図（図７）及び油圧に関する制御回路（図８）を示している。先ず、図７のブロック図により、本発明の対象となるトロイダル型無段変速機を組み込んだ、無段変速装置に就いて説明する。この図７中、太矢印は動力の伝達経路を、実線は油圧回路を、破線は電気回路を、それぞれ示している。エンジン１の出力は、ダンパ２を介して、入力軸３に入力される。この入力軸３に伝達された動力は、トロイダル型無段変速機４を構成する押圧装置５から入力側ディスク６に伝達され、更に複数個のパワーローラ７を介して出力側ディスク８に伝達される。これら両ディスク６、８のうち、入力側ディスク６の回転速度は入力側回転センサ９により、出力側ディスク８の回転速度は出力側回転センサ１０により、それぞれ測定して、制御器１１に入力し、前記両ディスク６、８間の（トロイダル型無段変速機４の）変速比を算出する。前記押圧装置５は、後述する図８に示す様に、油圧の送り込みに伴ってこの油圧に比例した押圧力を発生させる油圧式のものとしている。

又、前記入力軸３に伝達された動力は、直接又は前記トロイダル型無段変速機４を介して、差動ユニットである遊星歯車装置１２に伝達される。そして、この遊星歯車装置１２の構成部材の差動成分が、クラッチ装置１３を介して出力軸１４に取り出される。尚、このクラッチ装置１３は、後述する図８に示す低速用クラッチ１５及び高速用クラッチ１６を表すものである。又、図示の例では、出力軸回転センサ１７により前記出力軸１４の回転速度を検出して、前記入力側回転センサ９及び出力側回転センサ１０の故障の有無を判定する為のフェールセーフを可能としている。

一方、前記ダンパ２部分から取り出した動力によりオイルポンプ１８（図８の１８ａ、１８ｂ）を駆動し、このオイルポンプ１８から吐出した圧油を、前記押圧装置５と、前記パワーローラ７を支持した支持部材であるトラニオンを枢軸（図示省略）の軸方向に変位させるアクチュエータ１９（図８参照）の変位量を制御する為の制御弁装置２０とに、送り込み自在としている。尚、この制御弁装置２０とは、後述する図８に示す制御弁２１と、差圧シリンダ２２と、補正用制御弁２３ａ、２３ｂと、高速用切換弁２４及び低速用切換弁２５とを合わせたものである。このうちの制御弁２１は、前記アクチュエータ１９への圧油の給排を制御するものである。又、このアクチュエータ１９に設けた１対の油圧室２６ａ、２６ｂ（図８参照）内の油圧を油圧センサ２７（実際には図８に示す様に１対の油圧センサ２７ａ、２７ｂ）により検出して、その検出信号を、前記制御器１１に入力している。

前記制御器１１は、前記油圧センサ２７からの信号（前記両油圧室２６ａ、２６ｂ内の油圧の差）に基づいて、前記トロイダル型無段変速機４を通過するトルク（通過トルク、トロイダル型無段変速機の技術分野で周知の、所謂２Ｆｔ）を算出する。そして、この様に算出される通過トルクに応じて前記トロイダル型無段変速機４の変速比を補正すべく、前記制御弁２１の構成部材であるスリーブ２８（図８参照）を、前記差圧シリンダ２２により変位させる。この様な差圧シリンダ２２への圧油の給排は、前記補正用制御弁２３ａ、２３ｂにより制御される。又、前記制御弁装置２０は、駆動部材であるステッピングモータ２９と、後述する押圧力調整弁４１を切り換える為のライン圧制御用電磁開閉弁３０と、前記補正用制御弁２３ａ、２３ｂを切り換える為の電磁弁３１と、前記高速用切換弁２４及び低速用切換弁２５を切り換える為のシフト用電磁弁３２とにより、その作動状態を切り換えられる。そして、これらステッピングモータ２９と、ライン圧制御用電磁開閉弁３０と、電磁弁３１と、シフト用電磁弁３２とは、何れも前記制御器１１からの制御信号に基づいて切り換えられる。

又、前記制御器１１には、前記各回転センサ９、１０、１７及び前記油圧センサ２７からの信号の他、油温センサ３３の検出信号と、ポジションスイッチ３４の位置信号と、アクセルセンサ３５の検出信号と、ブレーキスイッチ３６の信号とを入力している。このうちの油温センサ３３は、無段変速装置を納めたケーシング内の潤滑油（トラクションオイル）の温度を検出するものである。又、前記ポジションスイッチ３４は、後述する図８に記載した手動油圧切換弁３７を切り換える為の、運転席に設けられたシフトレバー（操作レバー）の操作位置（選択位置）を表す信号を発するものである。又、前記アクセルセンサ３５は、アクセルペダルの開度を検出する為のものである。更に、前記ブレーキスイッチ３６は、ブレーキペダルが踏まれた事、或いはパーキングブレーキが操作された事を検出して、その事を表す信号を発するものである。

又、前記制御器１１は、前記各スイッチ３４、３６及び各センサ９、１０、１７、２７、３３、３５からの信号に基づいて、前記ステッピングモータ２９と、ライン圧制御用電磁開閉弁３０と、電磁弁３１と、シフト用電磁弁３２とに前記制御信号を送る他、前記エンジン１を制御する為のエンジンコントローラ３８に制御信号を送る。そして、前記入力軸３と前記出力軸１４との間の速度比を変えたり、或いは停止時若しくは極低速走行時に前記トロイダル型無段変速機４を通過して前記出力軸１４に加えられるトルク（通過トルク）を制御する。

図８は、上述の様な無段変速装置を制御する油圧回路を示している。この油圧回路では、油溜３９から吸引されてオイルポンプ１８ａ、１８ｂにより吐出された圧油を、低圧側調整弁４０並びに押圧力調整弁４１により所定圧に調整自在としている。このうちの押圧装置５側に送る油圧を調整するこの押圧力調整弁４１は、リリーフ弁としての機能を備えたもので、第一〜第三のパイロット部４２〜４４を備える。このうちの第一、第二のパイロット部４２、４３は、前記トロイダル型無段変速機４を通過するトルクの大きさに応じて、前記押圧力調整弁４１の開弁圧を調節する為のものである。これに対して、第三のパイロット部４４は、前記トロイダル型無段変速機４の変速比、このトロイダル型無段変速機４の内部に存在する潤滑油（トラクションオイル）の温度、駆動源であるエンジン１の回転速度等、前記伝達トルク以外の運転条件に応じて前記押圧力調整弁４１の開弁圧を調節する為のものである。図示の例の場合、前記第一〜第三のパイロット部４２〜４４に導入する油圧を適切に調節する事で、前記押圧装置５が発生する押圧力を、前記トロイダル型無段変速機４の運転状況に応じ、適正に規制する様に構成している。

この為に、図示の例の場合は、前記第一、第二のパイロット部４２、４３のうちの何れかのパイロット部に導入する油圧が高くなる程、前記押圧力調整弁４１の開弁圧が高くなり、前記押圧装置５を構成する油圧室４５内に導入する油圧を高くする様に構成している。又、これと共に、パワーローラ７を支持する支持部材（トラニオン）を枢軸の軸方向に変位させる為のアクチュエータ１９にピストン４６を挟んで設けた１対の油圧室２６ａ、２６ｂ同士の間の差圧を、差圧取り出し弁４７を介して、何れかのパイロット部４２、４３に導入する様にしている。この差圧取り出し弁４７は、前記アクチュエータ１９の油圧室２６ａ、２６ｂ内の油圧の差、即ち、トロイダル型無段変速機４を通過する力が大きくなる程、前記押圧力調整弁４１の何れかのパイロット部４２、４３に導入される油圧が高くなる様に切り換えられる。従って、前記押圧装置５の油圧室４５内に導入される油圧、延いてはこの押圧装置５が発生する押圧力は、前記トロイダル型無段変速機４を通過する力が大きくなる程大きくなる。

又、図示の例の場合、前記制御器１１からの指令により制御されるライン圧制御用電磁開閉弁３０の切り換えに基づき、前記第三のパイロット部４４に圧油を導入自在としている。即ち、前記制御器１１は、前記トロイダル型無段変速機４の変速比、内部に存在する潤滑油の温度、駆動源であるエンジン１の回転速度等を勘案して、前記押圧装置５に発生させるべき押圧力の最適値に応じた油圧の必要値を算出する。そして、この必要値と前記目標値との差である補正値に対応する油圧を、前記ライン圧制御用電磁開閉弁３０の切り換えに基づき、前記第三のパイロット部４４に導入する。この様にしてこの第三のパイロット部４４に導入された油圧は、前記押圧力調整弁４１のスプール４８を、図８の左方に押し、前記押圧装置５に導入される油圧を低下させる（減圧する）。

この結果、前記押圧装置５に導入される油圧が、前記差圧取り出し弁４７が設定した目標値から、前記第三のパイロット部４４に導入された油圧に基づく補正値を減じた値に比例する必要値に補正（減圧）される。尚、前記第三のパイロット部４４に導入する油圧は、前記変速比が所定値（最も大きな油圧を必要とする値で、例えば１．３２）からのずれが大きくなる程、前記油温が低い程、それぞれ高くする。以上に述べた様に、特許文献３に記載された構造を含めて、各トラクション部の面圧を確保する為の押圧装置として油圧式のものを使用するトロイダル型無断変速機４の場合には、この押圧装置が発生すべき押圧力を、このトロイダル型無段変速機４の通過トルクや変速比、油温等から求め、この押圧力に見合う油圧を前記押圧装置５の油圧室４５内に導入する様にしている。

この油圧室４５内に導入する油圧が、常に前記通過トルクに見合う値以上であり、前記各トラクション部の面圧が必要値以上であれば、これら各トラクション部で有害な（不可避的に生じる、スピン滑りを含む、動力伝達の為に必要な微小な滑り以外の）滑りが発生する事はない。この有害な滑りの発生を防止する為には、前記油圧室４５内に導入する油圧に関する安全率を高く（「実際に導入する油圧」−「必要油圧」を大きく）する事が考えられる。但し、前記安全率を高くし過ぎて、前記各トラクション部の面圧が過大になると、これら各トラクション部で発生する、スピンロスを初めとする伝達ロスが大きくなり、前記トロイダル型無段変速機の伝達効率が低下する。この為、前記安全率を余り大きくする事は好ましくない。

但し、前記安全率を低く抑える（「１」を超える値であるが「１」に近い値にする）と、前記トロイダル型無段変速機４の通過トルクが急変動した場合に、前記油圧室４５内に導入する油圧の調整が間に合わず、前記押圧装置５が発生する押圧力が不足する可能性がある。遊星歯車装置１２と組み合わせて無段変速装置を構成するトロイダル型無段変速機４の場合、クラッチ装置１３の切り換え時（低速モードと高速モードとの変換時）に、このトロイダル型無段変速機４の通過トルクが急変する為、前記クラッチ装置１３の切り換えの前後に、前記油圧室４５内に導入する油圧を一時的に高める事が、従来から提案されている。

又、マニュアル式に変速比を段階的に変化させる機能を備えた無段変速装置で、この変速比を変化させる前後に必要となる押圧力を確保する事も、特許文献６に記載される等により、従来から提案されている。更に、ベルト式の無段変速機を主眼としたものであるが、特許文献７、８にも、変速比変更時に押圧力を高める発明が記載されている。但し、クラッチ装置１３の切り換え時や変速比の変更時以外の場合でも、アクセルペダルやブレーキペダルの操作を急激に行った場合に、前記押圧装置５の押圧力が一時的に不足する可能性がある事が、本発明者の研究により分かった。この理由に就いて、以下に説明する。前記制御器１１が前記押圧装置５の油圧室４５内に導入する油圧を調整しようとした場合でも、次の(1)〜(3)の様な理由により、実際にこの油圧室４５内の油圧が上昇し、前記押圧装置５が発生する押圧力が上昇するまでに時間を要する（応答遅れを生じる）可能性がある。

(1) 前記トロイダル型無段変速機４の通過トルクの算出遅れ
この通過トルクは、前述した様に、前記アクチュエータ１９に設けた１対の油圧室２６ａ、２６ｂ同士の間に存在する差圧に基づいて求める。但し、前記エンジン１の出力トルクが変動（増減）してから、この変動が前記トロイダル型無段変速機４に伝達されて前記両油圧室２６ａ、２６ｂ同士の間に差圧が発生し、この差圧を前記両油圧センサ２７ａ、２７ｂの検出信号に基づいて前記制御器１１が前記トロイダル型無段変速機４の通過トルクを算出するまでには遅れが生じる。

(2) 前記トロイダル型無段変速機４の変速比の算出遅れ
このトロイダル型無段変速機４の変速比は、前記入力側回転センサ９が検出する前記入力側ディスク６の回転速度と、前記出力側回転センサ１０が検出する前記出力側ディスク８の回転速度との比として算出する。但し、これら両回転センサ９、１０が検出するこれら両ディスク６、８の回転速度を、必要な精度で検出する為には、これら両ディスク６、８を所定角度以上回転させる必要がある。この為、これら両ディスク６、８の回転速度を検出し、更に前記トロイダル型無断変速機４の変速比を算出するまでに遅れが生じる。

(3) 前記押圧装置５が目標とする押圧力を発生させるまでの油圧応答遅れ
前記制御器１１等が前記押圧装置５に発生させるべき押圧力を算出し、この押圧力を得るべき油圧を算出して、前記押圧力調整弁４１の開弁圧を調整しようとしても、図８に示した油圧回路中に存在する抵抗により、この開弁圧が所望値になるまでに応答遅れが生じる。更に、前記押圧力調整弁４１の開弁圧が所望値に調整されてから、実際に前記押圧装置５の油圧室４５内に所定の油圧が導入されるまでの間にも、応答遅れが発生する。

上述した(1)〜(3)の様な理由による応答遅れは、前記トロイダル型無段変速機４を搭載した自動車が定速走行している場合や、加減速する場合でもこの加減速の程度が緩徐であり、前記トロイダル型無段変速機４の通過トルクの変動が緩徐に行われる場合には、特に問題とはならない。即ち、前記油圧室４５内に導入する油圧に関しては、前述した様な安全率を設定している為、前記通過トルクの変動が緩徐であり、その結果、「実際に導入する油圧」−「必要油圧」の値が前記安全率で補償できる範囲内（正の値）であれば、前記各トラクション部で過大な滑りが発生する事はない。

これに対して、運転者がアクセルペダルを勢い良く（急激に）踏み込んだ場合の如く、前記トロイダル型無段変速機４の通過トルクが急上昇する様な状況で前記応答遅れが生じると、このトロイダル型無段変速機４の通過トルクに対して、前記押圧装置５が発生する押圧力が不足する（「実際に導入する油圧」−「必要油圧」の値が負の値になる）状況が発生する。この様な状況では、前記各トラクション部で有害な滑りが発生し、前記トロイダル型無段変速機４の伝達効率が著しく低下したり、最悪の場合には、動力伝達を殆ど行わずにトラクション部が滑る、所謂グロススリップが発生して、前記トロイダル型無段変速機４の耐久性を低下させる原因となる。

尚、この様な有害な滑りを生じる原因となる、前記通過トルクの急激な変動は、前記アクセルペダルを勢い良く踏み込んだ場合に限らず、このアクセルペダルを大きく踏み込んだ状態から急激に開放した場合や、ブレーキペダルを急激に操作した場合にも生じる。先ず、前記アクセルペダルを踏み込んで定速走行を行っている状態から急激に開放した場合には、前記トロイダル型無段変速機４を搭載した自動車に大きなエンジンブレーキが作用する状態となる。この状態では、前記出力側ディスク８から前記入力側ディスク６に向けて、大きなトルクが通過する状態となり、前記押圧装置５による押圧力が不足する可能性を生じる。前記ブレーキペダルを急激に操作した場合も、エンジンブレーキの作用状況が急変動して、同様の状況が発生する可能性がある。

一方、特許文献５には、アクセル開度とエンジンの回転速度とからこのエンジンの出力トルクを推定して、アクセルペダルを踏み込んだ瞬間に、押圧装置に導入する油圧を、この出力トルクを伝達する為に必要な押圧力を得られる値に制御する発明が記載されている。前記押圧装置に導入する油圧の値は、前記アクセル開度と前記エンジンの回転速度とから求められる、前記エンジンの出力トルクを伝達可能な値（に安全率を乗じた値）を上限としている。従って、上述の様な特許文献５に記載された発明は、前述の(1)(2)の原因に基づく応答遅れには対応できても、前述の(3)の原因に基づく応答遅れには対応できない。即ち、必要値を上限として油圧導入を図る為、前記(3)の様な応答遅れにより、瞬間的とは言え、押圧力不足に基づく有害な滑りを発生する可能性がある。

又、特許文献２には、エンジンの出力トルクが小さい状態での走行中は、前記「実際に導入する油圧」−「必要油圧」で表される余裕代を大きくしておく発明が記載されている。この様な特許文献２に記載された発明によれば、前記エンジンの出力トルクが小さい状態、即ち、アクセルペダルの急激な踏み込みに伴ってこの出力トルクが大きく急上昇する余地がある状態では前記余裕代が大きい状態となっている。この為、アクセルを急激に踏み込んでエンジンの出力トルクが急上昇しても、前記押圧装置の押圧力が不足する状態になり難く、前記各トラクション部で、有害な滑りが発生し難くできる。但し、前記特許文献２に記載された発明の場合には、前記エンジンの出力トルクが小さい状態での走行中は、常に過押付け状態の傾向になるので、伝達効率の確保の面からは不利である。
又、特許文献９には、動力の急変動時は、押圧装置に導入すべき油圧の目標値を、アクセル開度とエンジン回転速度とに基づいて設定し、この目標値に油圧を調節する発明が記載されている。即ち、動力の急変動時の油圧の調節を、実通過トルク（差圧）に変化が現れてから行うフィードバック制御ではなく、この変化が現れる前に行なうフィードフォワード制御により行う。この様な特許文献９に記載された発明の場合、動力の急変動時に、トラクション部（転がり接触部）の押し付け力が不足する事を防止できるが、押圧装置の発生する押圧力の制御が面倒になる。

特開２００４−１６９７１９号公報特開２００５−２２１０１８号公報特開２００６−２５０２５５号公報特開２００７−４６６６１号公報特開２００９−１２１５３０号公報特開２０１０−１９０３６２号公報特公平５−３１０２５号公報特開２００５−６９３４５号公報特開２０１２−２２５５１２号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、例えば自動車のアクセルペダルやブレーキペダルの如く、運転者が操作する部材のうちでトロイダル型無段変速機の通過トルクの大きさに影響する被操作部材が急激に操作された場合にも、このトロイダル型無段変速機のトラクション部で有害な滑りが発生するのを防止できる構造を実現すべく発明したものである。

本発明のトロイダル型無段変速機は、入力側ディスクと、出力側ディスクと、複数個のパワーローラと、複数個の支持部材と、油圧式のアクチュエータと、変速比制御ユニットと、押圧装置とを備える。
このうちの入力側ディスクは、入力軸により回転駆動される。
又、前記出力側ディスクは、前記入力側ディスクと同心に、且つ、この入力側ディスクに対する相対回転を自在として支持されている。
又、前記各パワーローラは、前記入力側、出力側両ディスク同士の間に挟持されて、これら両ディスク同士の間で動力を伝達する。
又、前記各支持部材は、前記各パワーローラを回転自在に支持している。
又、前記アクチュエータは、前記各支持部材を、それぞれの端部に設けた枢軸の軸方向に変位させて、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間の変速比を変える。
又、前記変速比制御ユニットは、この変速比を所望値にする為に、前記アクチュエータの変位方向及び変位量を制御する。
又、前記押圧装置は、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとを互いに近付く方向に押圧するもので、油圧の導入に伴ってこの油圧に比例した押圧力を発生させる油圧式のものである。
そして、前記押圧装置に導入する油圧を調整する為の油圧調整手段は、この押圧装置に導入する油圧を、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間で伝達する力の大きさ及び前記変速比に応じて調節する。

特に、本発明のトロイダル型無段変速機に於いては、前記入力側ディスクに入力するトルクの大きさを、その時点での前記押圧装置が発生する押圧力に於いて、前記両ディスクの側面と前記各パワーローラの周面との転がり接触部に過大な滑りを発生させる事なく、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間で伝達可能な範囲内に規制する機能を有する。

上述の様な本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した発明の様に、例えば自動車のアクセルペダルやブレーキペダルの如く、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間で伝達するトルクの大きさに影響する被操作部材の操作量、及び、前記入力軸を回転駆動する駆動源の回転速度から求められる、その時点でのこの駆動源の出力予定トルクが、前記伝達可能な範囲の上限値よりも大きい場合に、前記入力軸を回転駆動する駆動源の出力トルクを、この伝達可能な範囲の上限値以下に規制する。
この様な請求項２に記載した発明を実施する場合、例えば請求項３に記載した発明の様に、前記被操作部材を、運転者により操作され、前記変速比を、その操作に基づいて予め設定した値に調節できる手動変速機能を実現する変速比切換スイッチとする。そして、この変速比切換スイッチが操作された場合であって、前記駆動源の出力予定トルクが、その時点での前記伝達可能な範囲の上限値よりも大きい場合に、この駆動源の出力トルクを、この伝達可能な範囲の上限値以下に規制する。

上述の様に構成する本発明のトロイダル型無段変速機によれば、例えば自動車のアクセルペダルやブレーキペダル、或いは変速比切換スイッチ（パドルシフトレバー）の如き被操作部材が急激に操作され、その結果、トロイダル型無段変速機の通過トルクが急変動する傾向となった場合でも、このトロイダル型無段変速機のトラクション部で有害な滑りが発生するのを防止できる。

本発明に係るトロイダル型無段変速機を組み込んだ無段変速装置の１例を示すブロック図。同じく油圧制御回路の１例を示す図。本発明の実施の形態の１例を示すフローチャート。同じくエンジントルク制御の手順を取り出して示すフローチャート。アクセル開度と、エンジンの回転数と、エンジンの出力トルクと、押圧装置の発生する押圧力との関係を示す線図。トロイダル型無段変速機の押圧装置の油圧室内に導入すべき油圧と、このトロイダル型無段変速機の変速比との関係の１例を示す線図。従来から知られている無段変速装置の１例を示すブロック図。同じく油圧制御回路の１例を示す図。

図１〜５により、本発明の実施の形態の１例に就いて説明する。尚、図１は本発明に係るトロイダル型無段変速機を組み込んだ無段変速装置の１例を、図２は同じく油圧制御回路を、それぞれ示しているが、この無段変速装置の構成に関しては、基本的には、前述の図７〜８に示した従来構造の場合と同様である。図１では、変速比を手動により変更する為のパドルシフトの信号を得る為のパドルシフトセンサ４９と、パーキングブレーキが操作されているか否かの信号を得る為のパーキングブレーキセンサ５０と、運転者によるブレーキペダルの操作状況を得る為のブレーキセンサ５１と、車体に加わる加速度を求める為の加速度センサ５２と、クラッチ装置１３の切り換えに基づく、高速、低速モードの切り換え状態を判定する為のモード検出手段５３との信号を制御器１１に入力し、この制御器１１と演算器５４とを繋いでいるが、これらの点に関しては、本発明の本質とは関係しない。尚、前記ブレーキセンサ５１はアクセルセンサ３５と同様に、回転角ストロークセンサでも良いし、ブレーキ配管経路に取り付けられた圧力センサ等でも良い。
又、図２に示した油圧回路は、差圧シリンダ２２や差圧取り出し弁４７（図８参照）を省略する等、前述の従来構造に比べて簡略化しているが、これらの点に関しても、本発明の本質とは関係しない。即ち、本発明は、前述の図７〜８に示した構造でも実施できる。

次に、本発明の特徴である、エンジントルク制御に就いて、図３〜４を参照しつつ説明する。尚、図３に示した制御の為の判定は、イグニッションスイッチをＯＮしてからＯＦＦするまでの間、繰り返し行う。
先ず、ステップ１で、セレクトレバーが走行レンジ（Ｄ、Ｌレンジ又はＲレンジ）であるか否かを判定する。このステップ１で、セレクトレバーが非走行レンジ（Ｐ、Ｎ）であると判定された場合には、ステップ２に進み、必要最低限の押圧力（PLOAD_NP）を目標値（TRGT_PLOAD）として、押圧力制御を実施した後、終了する（開始に戻る）。即ち、セレクトレバーが非走行レンジである場合、クラッチ装置１３（低速用クラッチ１５及び高速用クラッチ１６）は切断され、入力側ディスク６と出力側ディスク８との間で動力伝達が行われない無負荷状態となる。この様な無負荷状態から前記クラッチ装置１３（前記低速用クラッチ装置１５）を接続した瞬間に於いても、前記トロイダル型無段変速機４の転がり接触部（トラクション部）で過大な滑りを生じる事なく、動力伝達を開始できる様に、これら各トラクション部の面圧を最低限確保する為、押圧装置５の油圧室４５内に導入する油圧を制御する。

一方、前記ステップ１で、セレクトレバーが走行レンジ（Ｄ、Ｌレンジ又はＲレンジ）であると判定された場合は、ステップ３に進み、その時点での前記トロイダル型無段変速機４を通過するトルクを伝達可能な押圧力（必要ローディング圧、CAL_PLOAD）を算出する。この必要ローディング圧は、例えばこの必要ローディング圧と、前記入力側ディスク６への入力トルク及び前記トロイダル型無段変速機４の変速比との相関関係として、予め実験や計算により求めておき、制御器１１のメモリに、マップや計算式として記憶させておく。前記入力側ディスク６への入力トルクは、前記アクセルセンサ３５から入力されるアクセル開度及びエンジンの回転数等から算出したり、アクチュエータ１９を構成する１対の油圧室２６ａ、２６ｂ同士の間の油圧の差（差圧）から求める事もできる。又、前記必要ローディング圧を計算式により求める場合、具体的には、次の様にして求める。即ち、前記押圧装置５の発生する押圧力（ローディング圧）Ｐは、次の（１）式の様にして求められる。

尚、この（１）式中、Ｆ_ａは前記押圧装置５による軸力を、Ｆ_ＣＦは遠心油圧による軸力を、Ｆ_ＣＡＮは遠心油圧に対するキャンセル機構による軸力を、Ｓ_Ｐは前記両油圧室２６ａ、２６ｂを仕切るピストン４６の有効面積を、それぞれ表わしている。このうちの押圧装置５による軸力Ｆ_ａは、次の（２）式の様に表わされる。

この（２）式中、μ_ｔはトラクション係数（油温の変化に伴い変動する値）を、φは前記各パワーローラ７の傾転角（前記トロイダル型無段変速機４の変速比に対応する角度）を、Ｔ_ｉｎは前記入力側ディスク６への入力トルクを、Ｒ_０は前記各ディスク６、８の半径を、それぞれ表わしている。又、Ｋ_０は、前記トロイダル型無段変速機４のキャビティ径をＤとすると、次の（３）式の様に表わされる。

そして、ステップ４で、前記ステップ３で求めた必要ローディング圧を目標値とし、押圧力制御を実施した後、ステップ５に進み、このステップ５で、車両が走行中であるか否か（車速が０．５ｋｍ／ｈ以上であるか否か）を判定する。車両が非走行中である（車速が０．５ｋｍ／ｈよりも遅い）と判定された場合は、処理を終了する（開始に戻る）。前記ステップ５で、車両が走行中である（車速が０．５ｋｍ／ｈ以上である）と判定された場合、ステップ６（ステップ６−１〜６−５）に移り、駆動源であるエンジン１の出力トルク制御を実施する。

先ず、ステップ６−１で、その時点での前記押圧装置５が発生している押圧力（実ローディング圧、REAL_PLOAD）を検出する。この実ローディング圧は、前記押圧装置５の油圧室４５への配管経路に設置した油圧センサ、或いはアクチュエータ１９を構成する１対の油圧室２６ａ、２６ｂの油圧の和（ＰＨ圧＋ＰＬ圧）等に基づいて求める事ができる。次いで、ステップ６−２に進み、前記ステップ６−１で検出した実ローディング圧に於いて、前記各トラクション部で過大な滑りを生じる事なく、前記入力側、出力側両ディスク６、８同士の間で伝達可能なトルク（この入力側ディスク６に入力可能なトルク）の上限値（ADM_TRQ）を算出する。

即ち、前記ステップ６−１では、上述した（１）〜（３）式の関係から、その時点での実ローディング圧に基づいて、同じく前記伝達可能なトルクの上限値を算出する。次に、ステップ６−３で、この伝達可能なトルクの上限値（を安全率で除した値）が、駆動源であるエンジン１の出力予定トルク（CTRL_TRQ）よりも小さいか否かを判定する。このエンジン１の出力予定トルクは、前記アクセルセンサ３５から入力されるアクセル開度或いはブレーキセンサ５１から入力されるブレーキペダルの操作状況等の被操作部材の操作量、及び、前記エンジン１の回転速度に基づいて決定される。前記伝達可能なトルクの上限値（を安全率で除した値）がこの出力予定トルク以上である（ADM_TRQ≧CTRL_TRQ）場合、ステップ６−４に進み、この出力予定トルクを目標値（TRGT_TRQ）として、前記エンジン１の出力トルクを制御する（この出力予定トルクで前記入力側ディスク６を回転駆動する）。一方、前記伝達可能なトルクの上限値がこの出力予定トルクよりも小さい（ADM_TRQ＜CTRL_TRQ）場合、ステップ６−５に進み、前記伝達可能なトルクの上限値を目標値（TRGT_TRQ）として、前記エンジン１の出力トルクを制御する（この伝達可能なトルクの上限値で前記入力側ディスク６を回転駆動する）。

上述の様に構成する本発明のトロイダル型無段変速機によれば、例えば自動車のアクセルペダルやブレーキペダルの如き被操作部材が急激に操作され、その結果、前記トロイダル型無断変速機４の通過トルクが急激に変化した場合でも、このトロイダル型無段変速機４の各トラクション部で有害な滑り（グロススリップ）が発生するのを防止できる。即ち、発進時に、アクセルペダルを急激に踏み込んだ場合、前記アクセルセンサ３５から入力されるアクセル開度及び前記エンジン１の回転速度（回転数）に基づいて前記エンジンコントローラ３８が算出する出力予定トルク（CTRL_TRQ）は、図５の上から３段目に実線ａで示す様に変化する。この様な出力予定トルクの変化に合わせ、前記トロイダル型無段変速機４の各トラクション部でグロススリップが発生しない様にする為に必要な前記押圧装置５の押圧力（必要ローディング圧、CAL_PLOAD）は、図５の最下段に実線ｂで示す通りである。一方、実際に、この押圧装置５が発生する押圧力（実ローディング圧、REAL_PLOAD）は、油圧回路中に存在する抵抗等の影響により、同図の最下段に破線ｃで示す様になる。従って、何ら対策をしない場合には、前記押圧装置５の押圧力、延いては、前記トロイダル型無段変速機４の各トラクション部の面圧が不足して、これら各トラクション部でグロススリップが発生する。これに対し、前記実ローディング圧から、前述の（１）〜（３）式の関係に基づいて算出される、前記入力側、出力側両ディスク６、８同士の間で伝達可能なトルク（ADM_TRQ）は、前記図５の上から３段目に破線ｄで示す通りである。本例の場合、前記エンジン１から前記入力側ディスク６に入力するトルクを、上述の様な伝達可能なトルクを超えない値に規制する為、前記押圧装置５の押圧力、延いては前記各トラクション部の面圧が不足する事を防止でき、これら各トラクション部でのグロススリップの発生を防止できる。本例の場合、これら各トラクション部でのグロススリップを防止する為のエンジントルク制御を、前記制御器１１の制御プログラムを修正するだけで実現できる。即ち、動力伝達経路中に新たにクラッチを設けたりする必要がない為、前記トロイダル型無段変速機４の重量や製造コストを増大する事なく、グロススリップの発生を防止できる。又、本例の場合、前記トロイダル型無段変速機４のグロススリップの発生の防止を、前記エンジン１から前記入力側ディスク６への入力トルクを制御する事により図る。この為、前記押圧装置５の押圧力制御が複雑になる事はない（必要ローディング圧を目標値とする制御のみを実行すれば良い）。

上述の様な本発明のトロイダル型無段変速機を自動車用の自動変速機として利用する場合、このトロイダル型無段変速機を通過するトルクの急変動は、アクセルペダルやブレーキペダルを急激に操作した場合以外にも発生する。即ち、前記トロイダル型無段変速機の変速比を、手動による変速比切換スイッチの操作に基づいて、予め設定した値に調節できる機能を備えさせた場合、この変速比切換スイッチの操作時に、前記トロイダル型無段変速機の通過トルクが急変動する。即ち、トロイダル型無段変速機に変速比切換スイッチを設けて、このトロイダル型無段変速機の変速比を、予め設定した値に調節可能とする手動変速モード（所謂マニュアルモード）を設けた場合、この手動変速モード選択時に於ける変速比の調節は、通常の自動変速モード（所謂オートモード）の場合に比べて、極短時間で行われる。具体的には、前述の図１〜２に示した様に、トロイダル型無段変速機４と遊星歯車変速機１２とを組み合わせて、入力軸３を一方向に回転させた状態のまま出力軸１４を、停止状態を挟んで両方向に回転させられる、所謂無限大の変速比を有する無段変速装置の場合、低速用クラッチ１５の接続を断って高速用クラッチ１６を接続した高速モード状態で、手動による変速比切換スイッチ（パドルシフト）の操作に基づいて変速比を調節可能とする。そして、前記高速モード状態では、図６に示す様に、トロイダル型無段変速機（バリエータ）４の変速比を高速側にする程、必要とする押圧力が低くなる。従って、前記変速切換スイッチを操作して、前記トロイダル型無段変速機４の変速比を減速側に変更すると、通過トルクが急増し、トラクション部の滑りを誘発し易くなる。特に、アクセルペダルを踏み込みながら前記変速比切換スイッチを操作して、前記トロイダル型無段変速機４の変速比を減速側に変更すると、前記通過トルクが急増する為、前記トラクション部の滑りを誘発し易い程度が著しくなる。本発明は、この様な状況でも、このトラクション部で有害な滑りが発生する事を抑えられる。

又、本発明の対象となるトロイダル型無段変速機は、ハーフトロイダル型に限らず、フルトロイダル型も含まれる。ハーフトロイダル型の場合には、各支持部材であるトラニオンの両端部にそれぞれ枢軸を、互いに同心に設けるが、フルトロイダル型の場合には、各支持部材の片端部にのみ枢軸を設ける場合もある。又、各支持部材を枢軸の軸方向に変位させる為のアクチュエータは、一般的にはこれら各支持部材毎に設けるが、各支持部材をリンク機構や歯車伝達機構等の、機械式の同期機構により組み合わせる代わりに、何れかの支持部材にのみアクチュエータを組み付ける事もできる。

１エンジン
２ダンパ
３入力軸
４トロイダル型無段変速機
５押圧装置
６入力側ディスク
７パワーローラ
８出力側ディスク
９入力側回転センサ
１０出力側回転センサ
１１制御器
１２遊星歯車装置
１３クラッチ装置
１４出力軸
１５低速用クラッチ
１６高速用クラッチ
１７出力軸回転センサ
１８、１８ａ、１８ｂオイルポンプ
１９アクチュエータ
２０制御弁装置
２１制御弁
２２差圧シリンダ
２３ａ、２３ｂ補正用制御弁
２４高速用切換弁
２５低速用切換弁
２６ａ、２６ｂ油圧室
２７、２７ａ、２７ｂ油圧センサ
２８スリーブ
２９ステッピングモータ
３０ライン圧制御用電磁開閉弁
３１電磁弁
３２シフト用電磁弁
３３油温センサ
３４ポジションスイッチ
３５アクセルセンサ
３６ブレーキスイッチ
３７手動油圧切換弁
３８エンジンコントローラ
３９油溜
４０低圧側調整弁
４１押圧力調整弁
４２第一のパイロット部
４３第二のパイロット部
４４第三のパイロット部
４５油圧室
４６ピストン
４７差圧取り出し弁
４８スプール
４９パドルシフトセンサ
５０パーキングブレーキセンサ
５１ブレーキセンサ
５２加速度センサ
５３モード検出手段
５４演算器

Claims

入力軸により回転駆動される入力側ディスクと、
この入力側ディスクと同心に、且つ、この入力側ディスクに対する相対回転を自在として支持された出力側ディスクと、
これら入力側、出力側両ディスク同士の間に挟持された複数個のパワーローラと、
これら各パワーローラを回転自在に支持した複数個の支持部材と、
これら各支持部材を変位させて、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間の変速比を変える油圧式のアクチュエータと、
この変速比を所望値にする為にこのアクチュエータの変位方向及び変位量を制御する為の変速比制御ユニットと、
前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとを互いに近付く方向に押圧する押圧装置とを備え、
前記押圧装置は、油圧の導入に伴ってこの油圧に比例した押圧力を発生させる油圧式のものであり、この押圧装置に導入する油圧を調整する為の油圧調整手段は、この押圧装置に導入する油圧を、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間で伝達する力の大きさに応じて調節するものであるトロイダル型無段変速機に於いて、
前記入力軸を介し前記入力側ディスクに入力するトルクの大きさを、その時点での前記押圧装置の発生する押圧力に於ける、前記両ディスクの側面と前記各パワーローラの周面との転がり接触部に過大な滑りを発生させる事なく、前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間で伝達可能な範囲内に規制する機能を有するものである事を特徴とするトロイダル型無段変速機。
前記入力側ディスクと前記出力側ディスクとの間で伝達するトルクの大きさに影響する被操作部材の操作量、及び、前記入力軸を回転駆動する駆動源の回転速度から求められる、この駆動源の出力予定トルクが、その時点での前記伝達可能な範囲の上限値よりも大きい場合に、この駆動源の出力トルクを、この伝達可能な範囲の上限値以下に規制する、請求項１に記載したトロイダル型無段変速機。
前記被操作部材が、運転者により操作され、前記変速比を、その操作に基づいて予め設定した値に調節できる手動変速機能を実現する変速比切換スイッチであり、この変速比切換スイッチが操作された場合であって、前記駆動源の出力予定トルクが、その時点での前記伝達可能な範囲の上限値よりも大きい場合に、この駆動源の出力トルクを、この伝達可能な範囲の上限値以下に規制する、請求項２に記載したトロイダル型無段変速装置。