JP2015230049A - ベルト式無段変速機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用開始当初からプーリが磨耗した段階に至るまで、ベルト式無段変速機の挟圧力を適切に設定すること。【解決手段】固定シーブ２ａ，３ａと可動シーブ２ｂ，３ｂとから構成される第１プーリ２ならびに第２プーリ３、および、伝動ベルト４を備え、第１プーリ２の可動シーブ２ｂを回転軸線方向に動作させて変速比を制御し、第２プーリ３の可動シーブ３ｂを固定シーブ３ａ側へ押圧する推力を発生させて伝動ベルト４に対する挟圧力を制御するベルト式無段変速機の制御装置において、第１プーリ２の可動シーブ２ｂの回転軸線方向における位置を検出することにより、第１プーリ２の磨耗量、もしくは、第１プーリ２と伝動ベルト４との間の摩擦係数を推定し、それら第１プーリ２の磨耗量もしくは第１プーリ２と伝動ベルト４との間の摩擦係数に応じた目標挟圧力を設定して伝動ベルト４に対する挟圧力を制御する。【選択図】図１

Description

この発明は、ベルト式無段変速機のベルト挟圧力を制御する制御装置に関するものである。

ベルト式無段変速機の制御装置に関連する発明が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載されている制御装置は、ベルト式無段変速機の駆動プーリまたは従動プーリの一方の挟圧力を、予め設定したベルト最大摩擦係数に基づいて算出した目標挟圧力に制御するものであって、入力トルクが一定の定常走行状態において、目標挟圧力を一定の傾きで徐々に減少させ、その際の駆動プーリのベルト摩擦係数と従動プーリのベルト摩擦係数との比の変化に基づいて、限界挟圧力を検出するように構成されている。そして、この特許文献１には、定常走行状態が検出された場合に、限界挟圧力を検出するために必要な安全率を決定し、その安全率を考慮してセカンダリプーリの目標挟圧力を設定することが記載されている。その場合の安全率は１よりも大きい所定の値を初期値として、経過時間に対し予め定めた一定の傾きで変更されるようになっている。すなわち、安全率の初期値は余裕のある大きめの値に設定されている。

特開２００５−２４９０６１号公報

上記のように、特許文献１に記載された発明では、経年変化によりプーリが磨耗して摩擦係数が低下することを見込んで、プーリの挟圧力が安全率の分高めに設定されている。そのため、経年変化によってプーリの摩擦係数が低下した場合であっても、適切な挟圧力制御を実行することができる。その一方で、上記のように経年変化後の摩擦係数の低下を見込んでプーリの挟圧力を設定することにより、使用開始当初は大きめの挟圧力が設定されることになる。その結果、挟圧力を発生させるために過剰にエネルギを消費することになり、その分、動力伝達効率が低下してしまう。また、過剰な挟圧力が作用することによって、プーリやベルトに対する負荷が増大し、その分、プーリやベルトの耐久性が低下してしまうおそれがある。

この発明は上記の技術的課題に着目して考え出されたものであり、使用開始当初からプーリの磨耗が進行した段階に至るまで、挟圧力を適切に設定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。

上記の目的を達成するために、この発明は、プーリ軸に一体の固定シーブと回転軸線方向に移動可能な可動シーブとからそれぞれ構成される第１プーリならびに第２プーリ、および、前記第１プーリと前記第２プーリとに巻き掛けられてそれら各プーリの間で動力を伝達する伝動ベルトを備え、前記第１プーリの前記可動シーブを前記回転軸線方向に動作させることにより変速比を制御するとともに、前記第２プーリの前記可動シーブを前記固定シーブ側へ押圧する推力を発生させて前記伝動ベルトに対する挟圧力を制御するベルト式無段変速機の制御装置において、前記第１プーリおよび前記第２プーリの少なくともいずれかの前記可動シーブの前記回転軸線方向における位置を検出することにより、前記第１プーリならびに前記第２プーリの少なくともいずれかの磨耗量、または、前記第１プーリならびに前記第２プーリの少なくともいずれかと前記伝動ベルトとの間の摩擦係数の少なくともいずれかを求め、前記磨耗量または前記摩擦係数の少なくともいずれかに応じた目標挟圧力を設定して前記挟圧力を制御す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。

この発明によれば、ベルト式無段変速機の伝動ベルトに対する挟圧力を制御する場合に、可動シーブの回転軸線方向における位置が検出され、その位置の検出値からプーリの磨耗量が求められる。例えば、所定の変速比を設定する状態で、使用開始前もしくは使用開始直後の磨耗が進行していない段階における可動シーブの位置と、現時点における可動シーブの位置とを比較することにより、プーリの磨耗量を求めることができる。また、そのようにして求めたプーリの磨耗量から、プーリと伝動ベルトとの間の摩擦係数を求めることができる。そして、それらプーリの磨耗量もしくはプーリと伝動ベルトとの間の摩擦係数の大きさに応じて目標挟圧力が設定され、その目標挟圧力に基づいて伝動ベルトに対する挟圧力が制御される。プーリの磨耗が進行するとプーリと伝動ベルトとの間の摩擦係数が低下し、ベルト滑りが発生し易くなるので、ベルト滑りを防止するために挟圧力を高める必要がある。したがって、上記のようにして求めた磨耗量が相対的に大きい場合は、相対的に高い挟圧力が設定される。それに対して、磨耗量が相対的に小さい場合には、相対的に低い挟圧力が設定される。そのため、プーリの磨耗が進行していない初期の段階に、可及的に低い挟圧力でベルト式無段変速機を運転することができる。その結果、挟圧力を発生させるためのエネルギの消費を抑制することができ、その分、動力伝達効率を向上させることができる。また、挟圧力を過剰に発生させることを抑制できるので、プーリやベルトに対する負荷を低減することができ、その分、プーリおよびベルトの耐久性を向上させることができる。

この発明で制御の対象とするベルト式無段変速機の構成の一例を示す模式図である。 この発明で制御の対象とするベルト式無段変速機におけるプーリの磨耗と可動シーブの位置との関係を説明するための図である。 この発明のベルト式無段変速機の制御装置による制御を実行した場合の効果を説明するための図である。 この発明で制御の対象とするベルト式無段変速機の他の構成例を示す模式図である。 ベルト式無段変速機の減速時と増速時におけるプーリの磨耗状態の違いを説明するための図である。 図４に示す構成のベルト式無段変速機を対象にしてこの発明の制御装置による制御を実行した場合の効果を説明するための図である。

次に、この発明を図面に示す具体例を参照して説明する。この発明に係る制御装置は、ベルト式無段変速機を制御の対象としている。そのベルト式無段変速機の構成の一例を図１に示してある。図１に示すベルト式無段変速機１は、プライマリプーリ２ならびにセカンダリプーリ３、および伝動ベルト４を主要な部材として構成されている。プライマリプーリ２およびセカンダリプーリ３は、それぞれの回転軸線を互いに平行にして配置されている。そして、それらプライマリプーリ２とセカンダリプーリ３との間に、伝動ベルト４が巻き掛けられている。

プライマリプーリ２は、例えば車両のエンジンなどの動力源からトルクが入力されるプーリであって、固定シーブ２ａならびに可動シーブ２ｂおよびプーリ軸５によって構成されている。固定シーブ２ａは、プーリ軸５に一体化されている。一方、可動シーブ２ｂは、プーリ軸５にその回転軸線方向で移動可能に、かつ回転方向にはプーリ軸５と一体となって回転するように、固定シーブ２ａに対向した状態で嵌合させられている。これら固定シーブ２ａおよび可動シーブ２ｂの互いに対向する面は、いわゆるコーン面と称されるように、テーパ状に形成されている。そして、これら固定シーブ２ａと可動シーブ２ｂとの対向面の間が、伝動ベルト４を巻き掛けるベルト溝となっている。したがって、プライマリプーリ２は、可動シーブ２ｂが回転軸線方向に移動することにより、ベルト溝の幅が変化し、それに応じて伝動ベルト４の巻き掛け半径が大小に変化するように構成されている。

セカンダリプーリ３は、例えば車両の駆動輪側の出力部材へトルクを出力するプーリであって、上記のプライマリプーリ２と同様に、固定シーブ３ａならびに可動シーブ３ｂおよびプーリ軸６によって構成されている。固定シーブ３ａは、プーリ軸６に一体化されている。一方、可動シーブ３ｂは、プーリ軸６にその回転軸線方向で移動可能に、かつ回転方向にはプーリ軸６と一体となって回転するように、固定シーブ３ａに対向した状態で嵌合させられている。これら固定シーブ３ａおよび可動シーブ３ｂの互いに対向する面も、上記のプライマリプーリ２と同様に、テーパ状に形成されている。そして、これら固定シーブ３ａと可動シーブ３ｂとの対向面の間が、伝動ベルト４を巻き掛けるベルト溝となっている。したがって、セカンダリプーリ３は、可動シーブ３ｂが回転軸線方向に移動することにより、ベルト溝の幅が変化し、それに応じて伝動ベルト４の巻き掛け半径が大小に変化するように構成されている。

なお、プライマリプーリ２の可動シーブ２ｂには、その可動シーブ２ｂを、プーリ軸５上でその回転軸線方向に摺動させ、固定シーブ２ａに対して接近および離隔させるためのアクチュエータ（図示せず）が設けられている。同様に、セカンダリプーリ３の可動シーブ３ｂには、その可動シーブ３ｂをプーリ軸６上でその回転軸線方向に摺動させ、固定シーブ３ａに対して接近および離隔させるためのアクチュエータ（図示せず）が設けられている。これらのアクチュエータとしては、いずれも、従来知られている適宜の機構のものを採用することができる。例えば、油圧により動作させられるものや電動式のものを採用することができる。

上記のようにプライマリプーリ２およびセカンダリプーリ３にそれぞれ設けられるアクチュエータとして、油圧アクチュエータを用いる場合には、ベルト式無段変速機１で設定する変速比や挟圧力に応じた油圧が、図示しない油圧ポンプおよび油圧制御装置を介して供給される。プライマリプーリ２においては、油圧アクチュエータにベルト式無段変速機１で設定するべき変速比に応じた油圧を供給することにより、可動シーブ２ｂが移動させられて、目標とする変速比に応じた溝幅（有効径）が設定される。セカンダリプーリ３においては、油圧アクチュエータにベルト式無段変速機１に入力されるトルクに応じた油圧を供給することにより、可動シーブ３ｂに伝動ベルト４を固定シーブ３ａ側に押圧する推力が作用させられて、伝動ベルト２４に張力が付与される。すなわち、要求されるトルク容量に応じた挟圧力が設定される。

さらに、プライマリプーリ２の可動シーブ２ｂには、可動シーブ２ｂの回転軸線方向における位置を検出するための位置センサ７が設けられている。位置センサ７としては、従来知られている適宜のセンサを採用することができる。例えば、差動トランスやひずみゲージを利用した接触式のセンサや、レーザー光や超音波あるいは渦電流などを利用した非接触式のセンサを採用することができる。

そして、上記のベルト式無段変速機１における変速比制御および挟圧力制御などを実行するために、電子制御装置８が設けられている。この電子制御装置８は、一例としてマイクロコンピュータを主体として構成され、入力されたデータおよび予め記憶しているデータに基づいて所定のプログラムに従って演算を実行し、要求される変速比の設定や挟圧力の設定などの制御を実行するように構成されている。一方、電子制御装置８には、各種センサ類からの検出信号が入力されるように構成されている。例えば、前述した位置センサ７、あるいはプライマリプーリ２およびセカンダリプーリ３の回転速度をそれぞれ検出する回転数センサ（図示せず）など、各種センサ等からの検出信号がこの電子制御装置８に入力されるように構成されている。

前述したように、ベルト式無段変速機１においては、経年変化によってプーリの磨耗が進行すると、伝動ベルト４とプーリとの間の摩擦係数が低下し、ベルト滑りが発生し易くなる。したがって、ベルト滑りを防止するためには、挟圧力を高めに設定する必要がある。そのようなプーリが磨耗した後のベルト滑りを抑制するために、従来技術では、予め挟圧力が高めに設定されている。そのため、未だプーリの磨耗が進行していない初期の段階では、過剰に高い挟圧力が設定されることになる。その結果、ベルト式無段変速機１の動力伝達効率や耐久性が低下してしまう場合があった。

そこで、この発明におけるベルト式無段変速機の制御装置は、使用開始当初からプーリの磨耗が進行した段階に至るまで、伝動ベルト４に対する挟圧力を適切に設定することができるように構成されている。すなわち、この発明におけるベルト式無段変速機の制御装置は、プライマリプーリ２の可動シーブ２ｂの回転軸線方向における位置を検出することにより、プライマリプーリ２の磨耗量もしくはプライマリプーリ２と伝動ベルト４との間の摩擦係数を推定し、その磨耗量もしくは摩擦係数に応じた目標挟圧力を設定して伝動ベルト４に対する挟圧力を制御するように構成されている。

図２に示すように、ベルト式無段変速機１では、所定の変速比を設定した状態で、運転開始前（出荷時）の未だプーリの磨耗が発生していない段階における可動シーブ２ｂの位置（図２において破線で表示）に対して、プーリの磨耗が進行した段階における可動シーブ２ｂの位置（図２において実線で表示）が変化する。なお、ここで可動シーブ２ｂの位置とは、可動シーブ２ｂの回転軸線方向における位置である。したがって、この現象を利用して、上述した位置センサ７によって可動シーブ２ｂの位置を検出することにより、プライマリプーリ２の磨耗量を検出することができる。

具体的には、運転開始前（出荷時）の未だプーリの磨耗が発生していない段階における可動シーブ２ｂの位置が、予め検出されて電子制御装置８に記憶されている。そして、現在の可動シーブ２ｂの位置が検出され、記憶されている運転開始前の段階における可動シーブ２ｂの位置と比較される。この場合、上記のように同一の所定の変速比を設定した状態での可動シーブ２ｂの位置同士が比較される。例えば、現在の可動シーブ２ｂの位置と運転開始前の段階における可動シーブ２ｂの位置との偏差が算出される。図２からも分かるように、現在の可動シーブ２ｂの位置と運転開始前の段階における可動シーブ２ｂの位置との偏差が大きいほど、プライマリプーリ２の磨耗量も大きいと判断することができる。したがって、可動シーブ２ｂの回転軸線方向における位置を検出することにより、プライマリプーリ２の磨耗量を求めることができる。例えば、この図２に示すようなマップを設定しておき、そのマップと可動シーブ２ｂの位置の検出結果とに基づいて、プライマリプーリ２の磨耗量を求めることができる。あるいは、実験やシミュレーションなどデータから得られる演算式に基づいて、プライマリプーリ２の磨耗量を算出することもできる。

そして、上記のようにして求めたプライマリプーリ２の磨耗量に基づいて、伝動ベルト４に対する挟圧力が制御される。もしくは、上記のようにして求めたプライマリプーリ２の磨耗量に基づいてプライマリプーリ２と伝動ベルト４との間の摩擦係数が求められ、その摩擦係数に基づいて、伝動ベルト４に対する挟圧力が制御される。例えば、検出されたプライマリプーリ２の磨耗量が大きいほど、目標挟圧力が大きな値に設定され、その目標挟圧力に基づいて挟圧力が制御される。あるいは、求められた摩擦係数が小さいほど、目標挟圧力が大きな値に設定され、その目標挟圧力に基づいて挟圧力が制御される。その場合の具体例として、目標挟圧力を達成するために必要なプーリ推力をＦ、ベルト式無段変速機１の伝達トルクをＴ、プライマリプーリ２のプーリ角度をθ、プライマリプーリ２のベルト巻き掛かり半径をＲ、そして、プライマリプーリ２と伝動ベルト４との間の摩擦係数をμとすると、プーリ推力Ｆは、
Ｆ＝（Ｔ・cosθ）／（２・μ・Ｒ）
の演算式により算出することができる。なお、ここでのプーリ推力とは、セカンダリプーリ３の可動シーブ３ｂを固定シーブ３ａ側へ押圧する力である。

上記のように、プライマリプーリ２の可動シーブ２ｂの位置からプライマリプーリ２の磨耗量もしくはプライマリプーリ２と伝動ベルト４との間の摩擦係数を求め、その磨耗量もしくは摩擦係数に基づいて、ベルト式無段変速機１の挟圧力を制御することにより、プライマリプーリ２の磨耗が進行していない初期の段階に、可及的に低い挟圧力でベルト式無段変速機１を運転することができる。その結果、各プーリ２，３や伝動ベルト４に対する負荷を低減することができる。特に、図３に示すように、従来技術と比較して、プライマリプーリ２の磨耗が進行していない初期の段階における負荷を大幅に低減することができる。そのため、挟圧力を発生させるためのエネルギの消費を抑制することができ、その分、ベルト式無段変速機１の動力伝達効率を向上させることができる。また、挟圧力を過剰に発生させることを抑制できるので、各プーリ２，３および伝動ベルト４の耐久性を向上させることができる。

図４は、この発明で制御の対象とすることのできるベルト式無段変速機１の他の構成例を示している。上記の図１では、プライマリプーリ２の可動シーブ２ｂに位置センサ７を設置して、その可動シーブ２ｂの位置を検出することにより、プライマリプーリ２の磨耗量あるいはプライマリプーリ２と伝動ベルト４との間の摩擦係数を推定する例を示している。これに対して、この図４に示すベルト式無段変速機１では、上記の位置センサ７に加えて、セカンダリプーリ３の可動シーブ３ｂの回転軸線方向における位置を検出するための位置センサ９が設けられている。この位置センサ９も、上記の位置センサ７と同様に、従来知られている適宜のセンサを採用することができる。例えば、差動トランスやひずみゲージを利用した接触式のセンサや、レーザー光や超音波あるいは渦電流などを利用した非接触式のセンサを採用することができる。

一般に、ベルト式無段変速機は、図５に示すように、そのベルト式無段変速機が減速状態の場合、すなわち設定する変速比が１よりも大きい場合と、ベルト式無段変速機が増速状態の場合、すなわち設定する変速比が１よりも小さい場合とで、プーリの磨耗の仕方が変化する。例えば、ベルト式無段変速機１が減速状態の場合は、セカンダリプーリ３に比較してプライマリプーリ２の方が伝動ベルト４を挟圧する部分の面圧が高くなる。したがって、セカンダリプーリ３よりもプライマリプーリ２の方が磨耗し易くなる。反対に、ベルト式無段変速機１が増速状態の場合は、プライマリプーリ２に比較してセカンダリプーリ３の方が伝動ベルト４を挟圧する部分の面圧が高くなる。したがって、プライマリプーリ２よりもセカンダリプーリ３の方が磨耗し易くなる。

上記のようなベルト式無段変速機の性質に従って、この図４に示す構成のベルト式無段変速機１を対象とした制御装置では、ベルト式無段変速機１で設定する変速比が１よりも大きい場合は、駆動側のプライマリプーリ２の可動シーブ２ｂの位置からプーリの磨耗量もしくはプーリと伝動ベルト４との間の摩擦係数を求め、ベルト式無段変速機１で設定する変速比が１よりも小さい場合には、従動側のセカンダリプーリ３の可動シーブ３ｂの位置からプーリの磨耗量もしくはプーリと伝動ベルト４との間の摩擦係数を求めるように構成されている。すなわち、ベルト式無段変速機１が減速状態の場合は、可動シーブ２ｂに設置された位置センサ７の検出データを基に、プーリの磨耗量もしくはプーリと伝動ベルト４との間の摩擦係数が求められる。反対に、ベルト式無段変速機１が増速状態の場合には、可動シーブ３ｂに設置された位置センサ９の検出データを基に、プーリの磨耗量もしくはプーリと伝動ベルト４との間の摩擦係数が求められる。そして、求められたプーリの磨耗量もしくはプーリと伝動ベルト４との間の摩擦係数の少なくともいずれかに基づいて、ベルト式無段変速機１の目標挟圧力が設定され、その目標挟圧力を達成するように、ベルト式無段変速機１の挟圧力が制御される。

このようにしてベルト式無段変速機１の挟圧力を制御することにより、より精度良く、最適な挟圧力を設定した状態で、ベルト式無段変速機１を運転することができる。例えば、図６に示すように、プライマリプーリ２の可動シーブ２ｂの位置だけに基づいて挟圧力を制御する場合（図６において一点鎖線で表示）と比較して、プライマリプーリ２の可動シーブ２ｂの位置およびセカンダリプーリ３の可動シーブ３ｂの位置の両方を考慮して挟圧力を制御する場合（図６において実線で表示）の方が、より適切な推力すなわち挟圧力を設定することができる。例えばプライマリプーリ２の可動シーブ２ｂの位置だけに基づいて挟圧力を制御した場合は、ベルト式無段変速機１が増速状態のときに磨耗し易くなるセカンダリプーリ３の磨耗状態が考慮されないため、プーリの磨耗量や摩擦係数の検出精度もしくは推定精度が低下する可能性がある。それに対して、上記のように、プライマリプーリ２およびセカンダリプーリ３の両方の可動シーブの位置を考慮することにより、プーリの磨耗量や摩擦係数の検出精度もしくは推定精度を向上させることができる。そのため、より高精度で適切な挟圧力を設定することができる。

１…ベルト式無段変速機、 ２…プライマリプーリ（第１プーリ）、 ２ａ…固定シーブ、 ２ｂ…可動シーブ、 ３…セカンダリプーリ（第２プーリ）、 ３ａ…固定シーブ、 ３ｂ…可動シーブ、 ４…伝動ベルト、 ５，６…プーリ軸、 ７，９…位置センサ、 ８…電子制御装置（ＥＣＵ）。

Claims (1)

1. プーリ軸に一体の固定シーブと回転軸線方向に移動可能な可動シーブとからそれぞれ構成される第１プーリならびに第２プーリ、および、前記第１プーリと前記第２プーリとに巻き掛けられてそれら各プーリの間で動力を伝達する伝動ベルトを備え、前記第１プーリの前記可動シーブを前記回転軸線方向に動作させることにより変速比を制御するとともに、前記第２プーリの前記可動シーブを前記固定シーブ側へ押圧する推力を発生させて前記伝動ベルトに対する挟圧力を制御するベルト式無段変速機の制御装置において、
   前記第１プーリおよび前記第２プーリの少なくともいずれかの前記可動シーブの前記回転軸線方向における位置を検出することにより、前記第１プーリならびに前記第２プーリの少なくともいずれかの磨耗量、または、前記第１プーリならびに前記第２プーリの少なくともいずれかと前記伝動ベルトとの間の摩擦係数の少なくともいずれかを求め、
   前記磨耗量または前記摩擦係数の少なくともいずれかに応じた目標挟圧力を設定して前記挟圧力を制御する
   ことを特徴とするベルト式無段変速機の制御装置。

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