JP2016223488A - 無段変速機のトルク測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ベルト式無段変速機の入力軸あるいは出力軸を通過するトルクを精度良く測定する。
【解決手段】 入力軸１４上のドライブプーリ２３よりも駆動源Ｅ側あるいは出力軸１５上のドリブンプーリ２４よりも駆動輪Ｗ側にトルク測定部１４ａ，１５ａを設け、トルク測定部１４ａ，１５ａの軸方向に離間した第１位置および第２位置の相対捩れ角を捩れ角センサ２６，２７で検出し、相対捩れ角に基づいてトルク測定部１４ａ，１５ａに作用するトルクを算出するので、トルク測定部１４ａ，１５ａの軸方向に離間した第１位置および第２位置間にドライブプーリ２３やドリブンプーリ２４が介在することがなくなり、ドライブプーリ２３やドリブンプーリ２４が発生する無端ベルト２５の挟圧力により入力軸１４あるいは出力軸１５の剛性が変化して測定精度が低下するのを防止することで、トルク測定部１４ａ，１５ａを通過するトルクを精度良く測定することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、駆動源に接続された入力軸と、前記入力軸と平行に配置されて駆動輪に接続された出力軸と、前記入力軸に支持されたドライブプーリと、前記出力軸に支持されたドリブンプーリと、前記ドライブプーリおよび前記ドリブンプーリに巻き掛けられた無端ベルトとを備える無段変速機のトルク測定装置に関する。

エンジンのクランクシャフトの両端部に、外周に多数の歯を有する一対の円板状のエンコーダを固定し、一対のエンコーダにそれぞれ対向するように配置した一対のセンサの出力からクランクシャフトの捩れ角を検出し、この捩れ角に基づいてクランクシャフトに作用するトルクを検出するものが、下記特許文献１により公知である。

特開２０１２−２４６８２２号公報

ところで、上記特許文献１に記載された手法でベルト式無段変速機の入力軸あるいは出力軸に作用するトルクを検出する場合、一対のセンサ間の軸方向距離を大きく確保するほど、トルクの変化量に対する入力軸あるいは出力軸の捩れ角の変化量が大きくなってトルクの測定精度が向上する。しかしながら、一対のセンサ間の軸方向距離を大きく確保するために、一対のセンサを入力軸のドライブプーリを跨ぐ位置に配置したり、出力軸のドリブンプーリを跨ぐ位置に配置したりすると、トルクの測定精度が低下する問題がある。

その理由は、例えば一対のセンサを入力軸のドライブプーリを跨ぐ位置に配置した場合、入力軸におけるドライブプーリの固定側プーリ半体および可動側プーリ半体間に挟まれた部分の剛性が、固定側プーリ半体および可動側プーリ半体による無端ベルトの挟圧力の増加に応じて増加し、入力軸の捩れ角とトルクとの関係が前記挟圧力によって変化してしまうからである。一対のセンサを出力軸のドリブンプーリを跨ぐ位置に配置した場合も同様である。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ベルト式無段変速機の入力軸あるいは出力軸を通過するトルクを精度良く測定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と、前記入力軸と平行に配置されて駆動輪に接続された出力軸と、前記入力軸に支持されたドライブプーリと、前記出力軸に支持されたドリブンプーリと、前記ドライブプーリおよび前記ドリブンプーリに巻き掛けられた無端ベルトとを備える無段変速機のトルク測定装置であって、前記入力軸上の前記ドライブプーリよりも前記駆動源側あるいは前記出力軸上の前記ドリブンプーリよりも前記駆動輪側にトルク測定部を設け、前記トルク測定部の軸方向に離間した第１位置および第２位置の相対捩れ角を捩れ角センサで検出し、前記相対捩れ角に基づいて前記トルク測定部に作用するトルクを算出することを特徴とする無段変速機のトルク測定装置が提案される。

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、前記トルク測定部に作用するトルクを、前記第１位置および前記第２位置の相対捩れ角に基づいてマップから検索することを特徴とする無段変速機のトルク測定装置が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記無段変速機内の温度を検出する温度センサを備え、前記マップを前記温度により補正することを特徴とする無段変速機のトルク測定装置が提案される。

尚、実施の形態のエンジンＥは本発明の駆動源に対応し、実施の形態の第１トルク測定部１４ａおよび第２トルク測定部１５ａは本発明のトルク測定部に対応し、実施の形態の第１回転角センサ２６および第２回転角センサ２７は本発明の捩れ角センサに対応し、実施の形態の油温センサ３６は本発明の温度センサに対応する。

請求項１の構成によれば、無段変速機は、駆動源に接続された入力軸と、入力軸と平行に配置されて駆動輪に接続された出力軸と、入力軸に支持されたドライブプーリと、出力軸に支持されたドリブンプーリと、ドライブプーリおよびドリブンプーリに巻き掛けられた無端ベルトとを備える。入力軸上のドライブプーリよりも駆動源側あるいは出力軸上のドリブンプーリよりも駆動輪側にトルク測定部を設け、トルク測定部の軸方向に離間した第１位置および第２位置の相対捩れ角を捩れ角センサで検出し、相対捩れ角に基づいてトルク測定部に作用するトルクを算出するので、トルク測定部の軸方向に離間した第１位置および第２位置間にドライブプーリやドリブンプーリが介在することがなくなり、ドライブプーリやドリブンプーリが発生する無端ベルトの挟圧力により入力軸あるいは出力軸の剛性が変化して測定精度が低下するのを防止することで、トルク測定部を通過するトルクを精度良く測定することができる。

また請求項２の構成によれば、トルク測定部に作用するトルクを、第１位置および第２位置の相対捩れ角に基づいてマップから検索するので、トルクの演算負荷を軽減して短時間でトルクを算出することができる。

また請求項３の構成によれば、無段変速機内の温度を検出する温度センサを備え、マップを温度により補正するので、温度の上昇に伴って同じ大きさのトルクに対してトルク測定部が捩れ易くなる傾向を補正し、トルク測定部に作用するトルクを一層高精度で検出することができる。

ベルト式無段変速機のスケルトン図。 図１の２部拡大図。 センサ本体の一部破断斜視図。 センサ本体の縦断面図。 回転角センサの磁気等価回路を示す図。 軸のトルクと捩れ角との関係を示すグラフ。

以下、図１〜図６に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１に示すように、自動車用のベルト式無段変速機Ｔは、エンジンＥのクランクシャフト１１にトルクコンバータ１２およびクラッチ１３を介して接続された入力軸１４と、入力軸１４と平行に配置された出力軸１５と、出力軸１５と平行に配置された副軸１６とを備え、出力軸１５に固設したドライブギヤ１７が副軸１６に固設したドリブンギヤ１８に噛合し、副軸１６に固設したファイナルドライブギヤ１９がディファレンシャルギヤ２１のケースに設けたファイナルドリブンギヤ２０に噛合し、ディファレンシャルギヤ２１から左右に延びる車軸２２，２２が左右の駆動輪Ｗ，Ｗに接続される。

入力軸１４および出力軸１５におけるエンジンＥから遠い側にそれぞれドライブプーリ２３およびドリブンプーリ２４が配置され、ドライブプーリ２３およびドリブンプーリ２４間に無端ベルト２５が巻き掛けられる。ドライブプーリ２３は、入力軸１４に固設された固定側プーリ半体２３ａと、入力軸１４に相対回転不能に支持されて固定側プーリ半体２３ａに対して接近・離間可能な可動側プーリ半体２３ｂとからなり、ドリブンプーリ２４は、出力軸１５に固設された固定側プーリ半体２４ａと、出力軸１５に相対回転不能に支持されて固定側プーリ半体２４ａに対して接近・離間可能な可動側プーリ半体２４ｂとからなる。

入力軸１４におけるドライブプーリ２３およびクラッチ１３に挟まれた部分は第１トルク測定部１４ａとされ、この第１トルク測定部１４ａは比較的に長い距離に亙ってプーリ、ギヤ、ベアリング等が存在しない部分である。また出力軸１５におけるドリブンプーリ２４およびドライブギヤ１７に挟まれた部分は第２トルク測定部１５ａとされ、この第２トルク測定部１５ａは比較的に長い距離に亙ってプーリ、ギヤ、ベアリング等が存在しない部分である。

第１トルク測定部１４ａの軸方向両端の第１位置および第２位置には、本発明の捩れ角センサを構成する第１回転角センサ２６および第２回転角センサ２７がそれぞれ配置される。同様に、第２トルク測定部１５ａの軸方向両端の第１位置および第２位置には、本発明の捩れ角センサを構成する第１回転角センサ２６および第２回転角センサ２７がそれぞれ配置される。

図２および図３に示すように、第１回転角センサ２６は出力軸１５の第２トルク測定部１５ａの第１位置に固設された円板状の第１ロータ２８を備えており、第１ロータ２８に外周部には軸方向に直角に折り曲げられた多数の歯２８ａ…が突設される。更に、第１回転角センサ２６は、スリット３０ａを有して環状に形成された鉄心３０と、鉄心３０の一部に埋め込まれた永久磁石３１と、鉄心３０の一部を取り囲むコイル３２と、これらを覆う合成樹脂製のケース３３とよりなる第１センサ本体３４を備えており、鉄心３０のスリット３０ａを第１ロータ２８の歯２８ａ…が通過可能である。

出力軸１５の第２トルク測定部１５ａの第２位置には、上述した第１ロータ２８および第１センサ本体３４と同一構造の第２ロータ２９および第２センサ本体３５よりなる第２回転角センサ２７が設けられる。第１ロータ２８および第２ロータ２９は、それらの歯２８…，２９ａ…の位相が一致するように出力軸１５に取り付けられる。

また入力軸１４の第１トルク測定部１４ａの第１位置には、上述した出力軸１５の第１回転角センサ２６と同じものが設けられ、入力軸１４の第１トルク測定部１４ａの第２位置には、上述した出力軸１５の第２回転角センサ２７と同じものが設けられる。

図１に示すように、電子制御ユニットＵには、ベルト式無段変速機Ｔのミッションケースの内部の油温を測定する油温センサ３６と、入力軸１４の第１回転角センサ２６および第２回転角センサ２７と、出力軸１５の第１回転角センサ２６および第２回転角センサ２７とが接続される。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

図１において、エンジンＥのクランクシャフト１１の駆動力は、トルクコンバータ１２→クラッチ１３→入力軸１４→ドライブプーリ２３→無端ベルト２５→ドリブンプーリ２４→出力軸１５→ドライブギヤ１７→ドリブンギヤ１８→副軸１６→ファイナルドライブギヤ１９→ファイナルドリブンギヤ２０→ディファレンシャルギヤ２１→車軸２２，２２の経路で駆動輪Ｗ，Ｗに伝達される。

ドライブプーリ２３の固定側プーリ半体２３ａに可動側プーリ半体２３ｂが接近し、ドリブンプーリ２４の固定側プーリ半体２４ａから可動側プーリ半体２４ｂが離間すると変速比がＯＤ側に変化し、逆にドライブプーリ２３の固定側プーリ半体２３ａから可動側プーリ半体２３ｂが離間し、ドリブンプーリ２４の固定側プーリ半体２４ａに可動側プーリ半体２４ｂが接近すると変速比がＬＯＷ側に変化する。

エンジンＥの出力が一定であっても、変速比がＯＤ側に変化すると、入力軸１４を通過するトルクが増加して出力軸１５を通過するトルクが減少し、逆に変速比がＬＯＷ側に変化すると、入力軸１４を通過するトルクが減少して出力軸１５を通過するトルクが増加する。また動力伝達経路に存在するドライブプーリ２３、ドリブンプーリ２４、ギヤ、ベ
アリング等により摩擦損失が発生すると、それに応じて入力軸１および出力軸１５のトルクが減少する。

入力軸１４のトルクは、入力軸１４上の軸方向に離間する二つの位置間の捩れ角から測定可能である。例えば、入力軸１４におけるドライブプーリ２３およびクラッチ１３に挟まれた第１トルク測定部１４ａの両端の第１部分および第２部分間の捩れ角をマップに適用することでトルクを測定することができる。その捩れ角は、第１部分および第２部分にそれぞれ配置した第１回転角センサ２６および第２回転角センサ２７で検出した入力軸１４の回転角の差分、つまり第１部分および第２部分の位相差から求められる。

図５は第１回転角センサ２６（あるいは第２回転角センサ２７）の磁気等価回路を示すもので、永久磁石３１により鉄心３０内の磁路に発生する磁束密度は、第１ロータ２８の歯２８ａ…が鉄心３０のスリット３０ａを通過する毎に周期的に変化し、かつ歯２８ａ…が鉄心３０のスリット３０ａを通過する瞬間に磁束密度がピークになる。

また第１ロータ２８の回転に伴って歯２８ａ…の位置が軸方向にぶれると、スリット３０ａの両側に位置する二つのエアギャップα，β（図４参照）の大きさが変動することで、エアギャップα，βの磁気抵抗が変化して磁束密度が変化する。しかしながら、二つのエアギャップα，βの大きさは、その一方が増加すると他方が減少する関係にあるため、エアギャップα，βの大きさの変動が磁束密度に及ぼす影響は相殺される。その結果、回転する第１ロータ２８の歯２８ａ…が鉄心３０のスリット３０ａを通過するのに伴ってコイル３２に誘導される電流が変化し、この電流を検出する第１回転角センサ２６の出力波形から第１ロータ２８の回転角（位相）を精度良く検出することができる。

同様にして、第２回転角センサ２７の出力波形から第２ロータ２９の回転角（位相）を精度良く検出することができる。

入力軸１４にトルクが作用しないときに入力軸１４の第１トルク測定部１４ａの捩れ角はゼロであるため、第１回転角センサ２６および第２回転角センサ２７の出力波形のピーク位置の位相は一致しているが、入力軸１４にトルクが作用して第１トルク測定部１４ａが捩じれると、第１ロータ２８および第２ロータ２９に位相差が生じることにより、第１回転角センサ２６および第２回転角センサ２７の出力波形のピーク位置の位相が不一致になる。よって、第１回転角センサ２６および第２回転角センサ２７の出力波形のピーク位置の位相差をマップに適用することで、入力軸１４のトルクを測定することができる。

図６（Ａ）は、入力軸１４の捩れ角とトルクとの関係を示すマップを示すもので、トルクの増加に応じて捩れ角が略リニアに増加することが解る。このとき、入力軸１４は温度が高くなるほど捩じれ易くなるため、油温センサ３６で検出した油温で代表される入力軸１４の温度に応じてマップを補正することで、入力軸１４のトルクを一層精度良く測定することができる。

以上、入力軸１４のトルク測定について説明したが、図６（Ｂ）に示すマップを用いて、出力軸１５のトルクも入力軸１４と同様にして測定可能である
以上のように、入力軸１４上のドライブプーリ２３よりもエンジンＥ側と、出力軸１５上のドリブンプーリ２４よりも駆動輪Ｗ，Ｗ側とに、それぞれ第１トルク測定部１４ａおよび第２トルク測定部１５ａを設け、第１、第２トルク測定部１４ａ，１５ａの軸方向に離間した第１位置および第２位置の相対捩れ角を第１回転角センサ２６および第２回転角センサ２７で検出し、相対捩れ角に基づいて第１、第２トルク測定部１４ａ，１５ａに作用するトルクを測定するので、第１、第２トルク測定部１４ａ，１５ａ軸方向に離間した第１位置および第２位置間にドライブプーリ２３やドリブンプーリ２４が介在することがなくなり、ドライブプーリ２３やドリブンプーリ２４が発生する無端ベルト２５の挟圧力により入力軸１４あるいは出力軸１５の剛性が変化して測定精度が低下するのを防止することで、第１トルク測定部１４ａおよび第２トルク測定部１５ａを通過するトルクを精度良く測定することができる。

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、実施の形態では入力軸１４のトルクおよび出力軸１５のトルクの両方を測定しているが、その一方だけを測定しても良い。

また実施の形態では第１トルク測定部１４ａおよび第２トルク測定部１５ａが無端ベルト２５の同じ側に配置されているが、それらを無端ベルト２５を挟んで反対側に配置しても良い。

Ｅ エンジン（駆動源）
Ｗ 駆動輪
１４ 入力軸
１４ａ 第１トルク測定部（トルク測定部）
１５ 出力軸
１５ａ 第２トルク測定部（トルク測定部）
２３ ドライブプーリ
２４ ドリブンプーリ
２５ 無端ベルト
２６ 第１回転角センサ（捩れ角センサ）
２７ 第２回転角センサ（捩れ角センサ）
３６ 油温センサ（温度センサ）

Claims (3)

1. 駆動源（Ｅ）に接続された入力軸（１４）と、前記入力軸（１４）と平行に配置されて駆動輪（Ｗ）に接続された出力軸（１５）と、前記入力軸（１４）に支持されたドライブプーリ（２３）と、前記出力軸（１５）に支持されたドリブンプーリ（２４）と、前記ドライブプーリ（２３）および前記ドリブンプーリ（２４）に巻き掛けられた無端ベルト（２５）とを備える無段変速機のトルク測定装置であって、
   前記入力軸（１４）上の前記ドライブプーリ（２３）よりも前記駆動源（Ｅ）側あるいは前記出力軸（１５）上の前記ドリブンプーリ（２４）よりも前記駆動輪（Ｗ）側にトルク測定部（１４ａ，１５ａ）を設け、前記トルク測定部（１４ａ，１５ａ）の軸方向に離間した第１位置および第２位置の相対捩れ角を捩れ角センサ（２６，２７）で検出し、前記相対捩れ角に基づいて前記トルク測定部（１４ａ，１５ａ）に作用するトルクを算出することを特徴とする無段変速機のトルク測定装置。
2. 前記トルク測定部（１４ａ，１５ａ）に作用するトルクを、前記第１位置および前記第２位置の相対捩れ角に基づいてマップから検索することを特徴とする、請求項１に記載の無段変速機のトルク測定装置。
3. 前記無段変速機内の温度を検出する温度センサ（３６）を備え、前記マップを前記温度により補正することを特徴とする、請求項２に記載の無段変速機のトルク測定装置。
   

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