JP2014219033A - 車両用動力伝達装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 クランク式の変速ユニットを軸方向に複数個並設した車両用動力伝達装置のトルク変動を抑制する。【解決手段】 複数個の変速ユニット14は各々の偏心部材19の位相が相互に異なり、入力軸が1回転する間に複数個の変速ユニット14が交互にトルクを伝達するため、複数個の変速ユニット14が伝達する実出力トルクの合算値Tは変動する。しかしながら、実出力トルク算出手段M2が、変速比iおよび偏心量εから複数の変速ユニット14の各々の実出力トルクの合算値Tを算出し、目標出力トルク算出手段M3が、運転者の要求に基づいて複数の変速ユニット14のトータルの目標出力トルクT′を算出し、偏心量制御手段M4が、実出力トルクの合算値Tが目標出力トルクT′に一致するように変速アクチュエータ23を制御して偏心部材19の偏心量εを制御するので、実出力トルクの合算値Tの変動を抑制することができる。【選択図】 図9

Description

本発明は、入力軸と一体に偏心回転する偏心部材と、出力軸に支持したワンウェイクラッチとをコネクティングロッドで接続し、コネクティングロッドの往復運動をワンウェイクラッチで出力軸の回転運動に変換するクランク式の変速ユニットを、入力軸および出力軸の軸方向に複数個並設した車両用動力伝達装置に関する。
エンジンに接続された入力軸の回転を複数のコネクティングロッドの相互に位相が異なる往復運動に変換し、前記複数のコネクティングロッドの往復運動を複数のワンウェイクラッチによって出力軸の回転運動に変換する車両用動力伝達装置が、下記特許文献1により公知である。
特表2005−502543号公報
ところで、かかる車両用動力伝達装置が例えば6個の変速ユニットを備える場合、各変速ユニットは入力軸が1回転する期間の半分の期間にトルクを伝達し、かつ6個の変速ユニットがトルクを伝達する期間は相互に60゜ずつずれている。従って、図11(B)に示すように、出力軸から出力されるトルクは6個の変速ユニットが伝達するトルクを合算したものとなり、その合算値Tは入力軸が1回転する期間に6個のピークを有して変動するため、トルク変動ΔTに起因する振動が発生して車両用動力伝達装置の商品性を低下させる問題があった。
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、クランク式の変速ユニットを軸方向に複数個並設した車両用動力伝達装置のトルク変動を抑制することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、駆動源に接続された入力軸の回転を変速して出力軸に伝達する複数個の変速ユニットを軸方向に並設し、前記変速ユニットの各々は、前記入力軸と一体に偏心回転する偏心部材と、前記偏心部材の偏心量を変更する変速アクチュエータと、前記出力軸に揺動可能に支持された揺動リンクと、前記出力軸および前記揺動リンク間に配置されたワンウェイクラッチと、前記偏心部材および前記揺動リンクを接続するコネクティングロッドとを備え、前記複数個の変速ユニットは各々の前記偏心部材の位相が相互に異なり、前記入力軸が1回転する間に前記複数個の変速ユニットが交互にトルクを伝達する車両用動力伝達装置であって、前記入力軸の回転数を検出する入力軸回転数検出手段と、前記出力軸の回転数を検出する出力軸回転数検出手段と、前記偏心部材の偏心量を検出する偏心量検出手段と、前記入力軸の回転数および前記出力軸の回転数から変速比を算出する変速比算出手段と、前記変速比および前記偏心量から前記複数の変速ユニットの各々の実出力トルクの合算値を算出する実出力トルク算出手段と、運転者の要求に基づいて前記複数の変速ユニットのトータルの目標出力トルクを算出する目標出力トルク算出手段と、前記実出力トルクの合算値が前記目標出力トルクに一致するように前記変速アクチュエータを駆動して前記偏心部材の偏心量を制御する偏心量制御手段とを備えることを特徴とする車両用動力伝達装置が提案される。
また請求項2に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、前記偏心量制御手段は、前記実出力トルクの合算値が前記目標出力トルクを上回っているときには前記偏心部材の偏心量を小さくし、前記実出力トルクの合算値が前記目標出力トルクを下回っているときには前記偏心部材の偏心量を大きくすることを特徴とする車両用動力伝達装置が提案される。
尚、実施の形態の偏心ディスク19は本発明の偏心部材に対応し、実施の形態のエンジンEは本発明の駆動源に対応する。
請求項1の構成によれば、駆動源に接続された入力軸が回転すると、偏心部材が入力軸と一体に偏心回転し、偏心部材に一端を接続されたコネクティングロッドが往復運動することで、コネクティングロッドの他端が接続された揺動リンクが往復揺動する。揺動リンクが一方向に揺動したときにワンウェイクラッチが係合し、揺動リンクが他方向に揺動したときにワンウェイクラッチが係合解除することで、入力軸の回転が変速されて出力軸に伝達される。変速アクチュエータで偏心部材の偏心量を変化させると、コネクティングロッドの往復ストロークが変化して変速比が変更される。
複数個の変速ユニットは各々の偏心部材の位相が相互に異なり、入力軸が1回転する間に複数個の変速ユニットが交互にトルクを伝達するため、複数個の変速ユニットが伝達する実出力トルクの合算値は変動する。しかしながら、実出力トルク算出手段が、変速比および偏心量から複数の変速ユニットの各々の実出力トルクの合算値を算出し、目標出力トルク算出手段が、運転者の要求に基づいて複数の変速ユニットのトータルの目標出力トルクを算出し、偏心量制御手段が、実出力トルクの合算値が目標出力トルクに一致するように変速アクチュエータを制御して偏心部材の偏心量を制御するので、実出力トルクの合算値の変動を抑制することができる。
また請求項2の構成によれば、偏心量制御手段は、実出力トルクの合算値が目標出力トルクを上回っているときには偏心部材の偏心量を小さくし、実出力トルクの合算値が目標出力トルクを下回っているときには偏心部材の偏心量を大きくするので、実出力トルクの合算値を精度良く目標出力トルクに一致させることができる。
車両用動力伝達装置の全体斜視図。 車両用動力伝達装置の要部の一部破断斜視図。 図1の3−3線断面図。 図3の4部拡大図。 図3の5−5線断面図。 偏心ディスクの形状を示す図。 偏心ディスクの偏心量と変速比との関係を示す図。 OD変速比およびGN変速比における偏心ディスクの状態を示す図。 変速アクチュエータの制御系のブロック図。 作用を説明するフローチャート。 実出力トルクの合算値と目標出力トルクとの関係を示すグラフ。
以下、図1〜図11に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1〜図5に示すように、自動車用の無段変速機Tのミッションケース11の一対の側壁11a,11bに入力軸12および出力軸13が相互に平行に支持されており、エンジンEに接続された入力軸12の回転が6個の変速ユニット14…、出力軸13およびディファレンシャルギヤDを介して駆動輪に伝達される。中空に形成された入力軸12の内部に、その入力軸12と軸線Lを共有する変速軸15が7個のニードルベアリング16…を介して相対回転可能に嵌合する。6個の変速ユニット14…の構造は実質的に同一構造であるため、以下、一つの変速ユニット14を代表として構造を説明する。
変速ユニット14は変速軸15の外周面に設けられたピニオン17を備えており、このピニオン17は入力軸12に形成した開口12aから露出する。ピニオン17を挟むように、入力軸12の外周に軸線L方向に2分割された円板状の偏心カム18がスプライン結合される。偏心カム18の中心O1は入力軸12の軸線Lに対して距離dだけ偏心している。また6個の変速ユニット14…の6個の偏心カム18…は、その偏心方向の位相が相互に60°ずつずれている。
偏心カム18の外周面には、円板状の偏心ディスク19の軸線L方向両端面に形成した一対の偏心凹部19a,19aが、一対のニードルベアリング20,20を介して回転自在に支持される。偏心ディスク19の中心O2に対して偏心凹部19a,19aの中心O1(つまり偏心カム18の中心O1)は距離dだけずれている。即ち、入力軸12の軸線Lおよび偏心カム18の中心O1間の距離dと、偏心カム18の中心O1および偏心ディスク19の中心O2間の距離dとは同一である。
軸線L方向に2分割された偏心カム18の割り面には、その偏心カム18の中心O1と同軸に一対の三日月状のガイド部18a,18aが設けられており、偏心ディスク19の一対の偏心凹部19a,19aの底部間を連通させるように形成されたリングギヤ19bの歯先が、偏心カム18のガイド部18a,18aの外周面に摺動可能に当接する。そして変速軸15のピニオン17が、入力軸12の開口12aを通して偏心ディスク19のリングギヤ19bに噛合する。
入力軸12の右端側はボールベアリング21を介してミッションケース11の右側の側壁11aに直接支持される。また入力軸12の左端側に位置する1個の偏心カム18に一体に設けた筒状部18b(図4参照)が、ボールベアリング22を介してミッションケース11の左側の側壁11bに支持されており、その偏心カム18の内周にスプライン結合された入力軸12の左端側は、ミッションケース11に間接的に支持される。
入力軸12に対して変速軸15を相対回転させて無段変速機Tの変速比を変更する変速アクチュエータ23は、モータ軸24aが軸線Lと同軸になるようにミッションケース11に支持された電動モータ24と、電動モータ24に接続された遊星歯車機構25とを備える。遊星歯車機構25は、電動モータ24にニードルベアリング26を介して回転自在に支持されたキャリヤ27と、モータ軸24aに固定されたサンギヤ28と、キャリヤ27に回転自在に支持された複数の2連ピニオン29…と、中空の入力軸12の軸端(厳密には、前記1個の偏心カム18の筒状部18b)にスプライン結合された第1接続部材43に設けられた第1リングギヤ30と、変速軸15の軸端にスプライン結合された第2接続部材44に設けられた第2リングギヤ31とを備える。各2連ピニオン29は大径の第1ピニオン29aと小径の第2ピニオン29bとを備えており、第1ピニオン29aはサンギヤ28および第1リングギヤ30に噛合し、第2ピニオン29bは第2リングギヤ31に噛合する。
偏心ディスク19の外周には、ローラベアリング32を介してコネクティングロッド33の一端側の環状部33aが相対回転自在に支持される。
出力軸13はミッションケース11の一対の側壁11a,11bに一対のボールベアリング34,35で支持されており、その外周にはワンウェイクラッチ36を介して揺動リンク42が支持され、揺動リンク42の先端はコネクティングロッド33のロッド部33bの先端にピン37を介して枢支される。ワンウェイクラッチ36は、揺動リンク42の内周に圧入されたリング状のアウター部材38と、アウター部材38の内部に配置されて出力軸13に固定されたインナー部材39と、アウター部材38の内周の円弧面とインナー部材39の外周の平面との間に形成された楔状の空間に配置されて複数個のスプリング40…で付勢された複数個のローラ41…とを備える。
図6および図8に示すように、偏心ディスク19の中心O2に対して偏心凹部19a,19aの中心O1(つまり偏心カム18の中心O1)は距離dだけずれているため、偏心ディスク19の外周と偏心凹部19a,19aの内周との間隔は円周方向に不均一になっており、その間隔が大きい部分に三日月状の肉抜き凹部19c,19cが形成される。
次に、無段変速機Tの一つの変速ユニット14の作用を説明する。
図5および図7(A)〜図7(D)から明らかなように、入力軸12の軸線Lに対して偏心ディスク19の中心O2が偏心しているとき、エンジンEによって入力軸12が回転するとコネクティングロッド33の環状部33aが軸線Lまわりに偏心回転することで、コネクティングロッド33のロッド部33bが往復運動する。
その結果、コネクティングロッド33が往復運動する過程で図中左側に引かれると、スプリング40…に付勢されたローラ41…がアウター部材38およびインナー部材39間の楔状の空間に噛み込み、アウター部材38およびインナー部材39がローラ41…を介して結合されることで、ワンウェイクラッチ36が係合してコネクティングロッド33の動きが出力軸13に伝達される。逆にコネクティングロッド33が往復動する過程で図中右側に押されると、ローラ41…がスプリング40…を圧縮しながらアウター部材38およびインナー部材39間の楔状の空間から押し出され、アウター部材38およびインナー部材39が相互にスリップすることで、ワンウェイクラッチ36が係合解除してコネクティングロッド33の動きが出力軸13に伝達されなくなる。
このようにして、入力軸12が1回転する間に、入力軸12の回転が所定時間だけ出力軸13に伝達されるため、入力軸12が連続回転すると出力軸13は間欠回転する。6個の変速ユニット14…の偏心ディスク19…の偏心方向の位相が相互に60°ずつずれているため、6個の変速ユニット14…が入力軸12の回転を交互に出力軸13に伝達することで、出力軸13は連続的に回転する。
このとき、偏心ディスク19の偏心量εが大きいほど、コネクティングロッド33の往復ストロークが大きくなって出力軸13の1回の回転角が増加し、無段変速機Tの変速比が小さくなる。逆に、偏心ディスク19の偏心量εが小さいほど、コネクティングロッド33の往復ストロークが小さくなって出力軸13の1回の回転角が減少し、無段変速機Tの変速比が大きくなる。そして偏心ディスク19の偏心量εがゼロになると、入力軸12が回転してもコネクティングロッド33が移動を停止するために出力軸13は回転せず、無段変速機Tの変速比が最大(無限大)のGNになる。
入力軸12に対して変速軸15が相対回転しないとき、つまり入力軸12および変速軸15が同一速度で回転するとき、無段変速機Tの変速比は一定に維持される。入力軸12および変速軸15を同一速度で回転させるには、入力軸12と同速度で電動モータ24を回転駆動すれば良い。その理由は、遊星歯車機構25の第1リングギヤ30は入力軸12に接続されて該入力軸12と同一速度で回転するが、それと同一速度で電動モータ24を駆動するとサンギヤ28および第1リングギヤ30が同一速度で回転するため、遊星歯車機構25はロック状態になって全体が一体に回転する。その結果、一体に回転する第1リングギヤ30および第2リングギヤ31に接続された入力軸12および変速軸15は一体化され、相対回転することなく同速度で回転するからである。
入力軸12の回転数に対して電動モータ24の回転数を増速あるいは減速すると、入力軸12に結合された第1リングギヤ30と電動モータ24に接続されたサンギヤ28とが相対回転するため、キャリヤ27が第1リングギヤ30に対して相対回転する。このとき、相互に噛合する第1リングギヤ30および第1ピニオン29aの歯数比と、相互に噛合する第2リングギヤ31および第2ピニオン29bの歯数比とが僅かに異なるため、第1リングギヤ30に接続された入力軸12と第2リングギヤ31に接続された変速軸15とが相対回転する。
このようにして入力軸12に対して変速軸15が相対回転すると、各変速ユニット14のピニオン17にリングギヤ19bを噛合させた偏心ディスク19の偏心凹部19a,19aが、入力軸12と一体の偏心カム18のガイド部18a,18aに案内されて回転し、入力軸12の軸線Lに対する偏心ディスク19の中心O2の偏心量εが変化する。
図7(A)は変速比が最小の状態(変速比:OD)を示すもので、このとき入力軸12の軸線Lに対する偏心ディスク19の中心O2の偏心量εは、入力軸12の軸線Lから偏心カム18の中心O1までの距離dと、偏心カム18の中心O1から偏心ディスク19の中心O2までの距離dとの和である2dに等しい最大値になる。入力軸12に対して変速軸15が相対回転すると、入力軸12と一体の偏心カム18に対して偏心ディスク19が相対回転することで、図7(B)および図7(C)に示すように、入力軸12の軸線Lに対する偏心ディスク19の中心O2の偏心量εは最大値の2dから次第に減少して変速比が増加する。入力軸12に対して変速軸15が更に相対回転すると、入力軸12と一体の偏心カム18に対して偏心ディスク19が更に相対回転することで、図7(D)に示すように、ついには入力軸12の軸線Lに偏心ディスク19の中心O2が重なり合って偏心量εがゼロになり、変速比が最大(無限大)の状態(変速比:GN)になって出力軸13に対する動力伝達が遮断される。
次に、変速アクチュエータ23の制御系の構成および作用を説明する。
図9に示すように、変速アクチュエータ23を制御する電子制御ユニットUは、変速比算出手段M1と、実出力トルク算出手段M2と、目標出力トルク算出手段M3と、偏心量制御手段M4とを備える。
入力軸12の回転数Ninを検出する入力軸回転数検出手段Saの出力信号と、出力軸13の回転数Noutを検出する出力軸回転数検出手段Sbの出力信号とは、ローパスフィルタを通過してノイズ成分を除去された後に変速比算出手段M1に入力され、変速比算出手段M1は変速比iをi=Nin/Noutにより算出する。
例えば位置センサよりなる偏心量検出手段Scは、入力軸12の軸線Lからの偏心ディスク19の距離に基づいて該偏心ディスク19の偏心量εを検出する。偏心量εの検出手法は任意であり、入力軸12の回転数および揺動リンク42の揺動角速度に基づいて検出したり、入力軸12回転数の積算値および変速軸15の回転数の積算値に基づいて検出したりすることが可能である。
変速比算出手段M1から出力された変速比iと、偏心量検出手段Scから出力された後にローパスフィルタを通過してノイズ成分を除去された偏心量εとは実出力トルク算出手段M2に入力され、そこで変速比iおよび偏心量εをトルク特性マップに適用することで、各変速ユニット14の実出力トルクが算出される。6個の変速ユニット14…の実出力トルクは合算され、実出力トルクの合算値Tが算出される。
図11(B)に示すように、偏心量εを一定に維持した場合、入力軸12が360゜回転する間に各変速ユニット14が伝達するトルクは、頂点が丸みを帯びた山形の変化特性を持つ。6個の変速ユニット14…は入力軸12が360゜回転する間に60°の位相差で1回ずつトルクを変達するため、6個の変速ユニット14…のトータルの出力トルク(実出力トルクの合算値T)は、入力軸12が360゜回転する間に6個のピークを有する波形の形状となる。
図9に戻り、目標出力トルク算出手段M3は、例えばアクセルペダル開度から運転者が要求する目標出力トルクT′を算出する。偏心量制御手段M4は、実出力トルク算出手段M2が出力する6個の変速ユニット14…の実出力トルクの合算値Tと、目標出力トルク算出手段M3が出力する6個の変速ユニット14…の目標出力トルクT′とを比較し、その偏差が閾値を超える場合に変速アクチュエータ23を駆動して偏心量εを制御することで、実出力トルクの合算値Tを目標出力トルクT′に一致させる。
図11(A)に示すように、本実施の形態によれば、上記制御により入力軸12が360°回転する間に偏心量εが6個のピークを持つように波形に変更される。具体的には、実出力トルクの合算値Tが目標出力トルクT′を上回るときには偏心量εを減少させ、実出力トルクの合算値Tが目標出力トルクT′を下回るときには偏心量εを増加させることで、各変速ユニット14が伝達するトルクは頂点が尖った山形の変化特性となり、実出力トルクの合算値Tが一定値になって目標出力トルクT′に一致することでトルク変動ΔTがゼロになり、車両用動力伝達装置のトルク伝達がスムーズになって振動や騒音の低減に寄与することができる。
図10のフローチャートは上記作用を纏めたもので、先ずステップS1で目標出力トルク算出手段M3が運転者の要求する目標出力トルクT′を算出する。続くステップS2で入力軸回転数検出手段Sa、出力軸回転数検出手段Sbおよび偏心量検出手段Scにより入力軸12の回転数Nin、出力軸13の回転数Noutおよび偏心ディスク19の偏心量εをそれぞれ検出する。続くステップS3で変速比算出手段M1が入力軸12の回転数Ninおよび出力軸13の回転数Noutから変速比iを算出する。続くステップS4で実出力トルク算出手段M2が変速比iおよび偏心量εから実出力トルクの合算値Tを算出する。
続くステップS5で実出力トルクの合算値Tと目標出力トルクT′とを比較し、その偏差が閾値を超える場合には、ステップS6で変速アクチュエータ23を駆動して偏心量εを制御することで、実出力トルクの合算値Tを目標出力トルクT′に一致させる。前記偏差が閾値を超えない場合は、実出力トルクの合算値Tが概ね目標出力トルクT′に一致している場合であり、このような場合に偏心量εの制御を行わないことで、変速アクチュエータ23の消費電力や制御装置の負荷を低減することができる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
例えば、本発明の駆動源は実施の形態のエンジンEに限定されず、モータ・ジェネレータのような他種の駆動源であっても良い。
12 入力軸
13 出力軸
14 変速ユニット
19 偏心ディスク(偏心部材)
23 変速アクチュエータ
33 コネクティングロッド
36 ワンウェイクラッチ
42 揺動リンク
E エンジン(駆動源)
M1 変速比算出手段
M2 実出力トルク算出手段
M3 目標出力トルク算出手段
M4 偏心量制御手段
Sa 入力軸回転数検出手段
Sb 出力軸回転数検出手段
Sc 偏心量検出手段
T 実出力トルクの合算値
T′ 目標出力トルク
i 変速比
ε 偏心量

Claims (2)

  1. 駆動源(E)に接続された入力軸(12)の回転を変速して出力軸(13)に伝達する複数個の変速ユニット(14)を軸方向に並設し、
    前記変速ユニット(14)の各々は、前記入力軸(12)と一体に偏心回転する偏心部材(19)と、前記偏心部材(19)の偏心量(ε)を変更する変速アクチュエータ(23)と、前記出力軸(13)に揺動可能に支持された揺動リンク(42)と、前記出力軸(13)および前記揺動リンク(42)間に配置されたワンウェイクラッチ(36)と、前記偏心部材(19)および前記揺動リンク(42)を接続するコネクティングロッド(33)とを備え、
    前記複数個の変速ユニット(14)は各々の前記偏心部材(19)の位相が相互に異なり、前記入力軸(12)が1回転する間に前記複数個の変速ユニット(14)が交互にトルクを伝達する車両用動力伝達装置であって、
    前記入力軸(12)の回転数を検出する入力軸回転数検出手段(Sa)と、
    前記出力軸(13)の回転数を検出する出力軸回転数検出手段(Sb)と、
    前記偏心部材(19)の偏心量(ε)を検出する偏心量検出手段(Sc)と、
    前記入力軸(12)の回転数および前記出力軸(13)の回転数から変速比(i)を算出する変速比算出手段(M1)と、
    前記変速比(i)および前記偏心量(ε)から前記複数の変速ユニット(14)の各々の実出力トルクの合算値(T)を算出する実出力トルク算出手段(M2)と、
    運転者の要求に基づいて前記複数の変速ユニット(14)のトータルの目標出力トルク(T′)を算出する目標出力トルク算出手段(M3)と、
    前記実出力トルクの合算値(T)が前記目標出力トルク(T′)に一致するように前記変速アクチュエータ(23)を駆動して前記偏心部材(19)の偏心量(ε)を制御する偏心量制御手段(M4)とを備えることを特徴とする車両用動力伝達装置。
  2. 前記偏心量制御手段(M4)は、前記実出力トルクの合算値(T)が前記目標出力トルク(T′)を上回っているときには前記偏心部材(19)の偏心量(ε)を小さくし、前記実出力トルクの合算値(T)が前記目標出力トルク(T′)を下回っているときには前記偏心部材(19)の偏心量(ε)を大きくすることを特徴とする、請求項1に記載の車両用動力伝達装置。
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