JP2018096401A - ベルト式無段変速機の変速制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 プーリの軸推力を最小限に抑えながら変速を可能にする。
【解決手段】 第１工程でドライブプーリ１３およびドリブンプーリ１４のうちのスリップ側プーリの接線方向摩擦係数および巻き付き径から非スリップ側プーリの接線方向摩擦係数を推定し、第２工程でスリップ側プーリの接線方向摩擦係数および巻き付き径から金属ベルト１５により伝達されるトルクを算出し、第３工程でトルクおよび非スリップ側プーリの巻き付き径から該非スリップ側プーリの必要軸推力を算出し、第４工程で非スリップ側プーリのレシオ保持軸推力を必要軸推力に向けて減少させて変速比を変更するので、スリップ側プーリの軸推力を増加させて変速を行う従来の制御を行うことなく、非スリップ側プーリの軸推力を減少させるだけで変速を行うことが可能となり、プーリ１３，１４や金属ベルト１５の耐久性の向上や油圧ポンプの負荷の低減が可能となる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、ドライブプーリおよびドリブンプーリに金属ベルトを巻き掛け、前記ドライブプーリおよび前記ドリブンプーリの軸推力を変化させることで変速比を変更するベルト式無段変速機の変速制御方法に関する。

ベルト式無段変速機のプーリＶ面のうち、所定位置よりも径方向内側部分は金属ベルトとの間にスリップが発生し易いが、プーリＶ面のうちの径方向内側部分の母線の形状を直線とすることで摩擦係数を大きく確保してスリップの発生を防止するとともに、径方向外側部分の母線の形状を金属ベルトのミスアライメントを保障する方向に湾曲する曲線とすることで、金属ベルトがＶ面にスムーズに噛み込むようにして金属ベルトらプーリの耐久性を高めるものが、下記特許文献１により公知である。

またベルト式無段変速機の金属ベルトを構成する多数の金属エレメントのうちの一部の金属エレメントの形状を他の金属エレメントの形状と異ならせ、金属ベルトに隣接するように設けたギャップセンサで前記形状の異なる金属エレメントを検出することで、金属ベルトのスリップを検出するものが、下記特許文献２により公知である。

特許第５６８９９７３号公報 特開２０１０−６５８２４３号公報

ところで、上記特許文献１には、プーリＶ面の母線形状を曲線とすると金属ベルトとの間の摩擦係数が減少するが、プーリＶ面の径方向外側部分は摩擦係数が減少してもスリップが発生し難いことが開示されている。しかしながら、プーリＶ面の径方向外側部分の摩擦係数を把握することができれば、例えば車両の発進時にＬＯＷレシオからＯＤレシオに向けて変速する際に、ドライブプーリの軸推力を増加させる必要がなくなり、ドリブンプーリの軸推力を減少させるだけで済むため、プーリに軸推力を発生させるために必要な最大油圧を低減し、プーリや金属ベルトの耐久性を向上させるとともに、油圧ポンプの負荷を低減することができる。

また上記特許文献２に記載されたものは、スリップが発生したときの金属ベルトの回転方向を精度良く検出する手法としては有効であるが、プーリのＶ面の径方向外側部分の摩擦係数を測定するための手法としては利用することができなかった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、プーリの軸推力を最小限に抑えながら変速を可能に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、ドライブプーリおよびドリブンプーリに金属ベルトを巻き掛け、前記ドライブプーリおよび前記ドリブンプーリの軸推力を変化させることで変速比を変更するベルト式無段変速機の変速制御方法であって、前記ドライブプーリおよび前記ドリブンプーリのうちのスリップ側プーリの接線方向摩擦係数およびレシオの関係から非スリップ側プーリの接線方向摩擦係数およびレシオの関係を推定する第１工程と、前記スリップ側プーリの接線方向摩擦係数および巻き付き径から前記金属ベルトにより伝達される伝達トルクを算出する第２工程と、前記伝達トルクおよび前記非スリップ側プーリの巻き付き径から該非スリップ側プーリのスリップを抑制するための必要軸推力を算出する第３工程と、前記非スリップ側プーリのレシオ保持軸推力を前記必要軸推力に向けて減少させて変速比を変更する第４工程と、を含むことを特徴とするベルト式無段変速機の変速制御方法が提案される。

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、レシオが所定値以上の領域では前記ドリブンプーリにおいて前記軸推力の減少制御を実施し、レシオが前記所定値未満の領域では前記ドライブプーリにおいて前記軸推力の減少制御を実施することを特徴とするベルト式無段変速機の変速制御方法が提案される。

請求項１の構成によれば、第１工程で、ドライブプーリおよびドリブンプーリのうちのスリップ側プーリの接線方向摩擦係数およびレシオの関係から非スリップ側プーリの接線方向摩擦係数およびレシオの関係を推定し、第２工程で、スリップ側プーリの接線方向摩擦係数および巻き付き径から金属ベルトにより伝達される伝達トルクを算出し、第３工程で、伝達トルクおよび非スリップ側プーリの巻き付き径から該非スリップ側プーリのスリップを抑制するための必要軸推力を算出し、第４工程で、非スリップ側プーリのレシオ保持軸推力を必要軸推力に向けて減少させて変速比を変更するので、スリップ側プーリの軸推力を増加させて変速を行う従来の制御を行うことなく、非スリップ側プーリの軸推力を減少させるだけで変速を行うことが可能となり、プーリや金属ベルトの耐久性の向上や油圧ポンプの負荷の低減が可能となる。

また請求項２の構成によれば、レシオが所定値以上の領域ではドリブンプーリにおいて軸推力の減少制御を実施し、レシオが所定値未満の領域ではドライブプーリにおいて軸推力の減少制御を実施するので、軸推力の制御を簡素化しながら全レシオ領域での変速を可能にすることができる。

ベルト式無段変速機の全体構成を示す図。 金属ベルトのスリップ率およびスリップ方向の検出手法の説明図。 プーリの巻き付き径あるいはプーリに当接する金属エレメント個数に対する接線方向摩擦係数の関係を示すグラフ。 プーリの軸推力の減圧により変速可能なレシオ領域を説明するグラフ。 図４（Ａ）および図４（Ｂ）を合成したグラフ。 レシオの変更過程を説明するフローチャート。

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は自動車に搭載されたベルト式無段変速機Ｔの概略構造を示すもので、ベルト式無段変速機Ｔはエンジンに接続されるドライブシャフト１１と、駆動輪に接続されるドリブンシャフト１２とを備えており、ドライブシャフト１１に設けたドライブプーリ１３とドリブンシャフト１２に設けたドリブンプーリ１４とに無端状の金属ベルト１５が巻き掛けられる。ドライブプーリ１３は、ドライブシャフト１１に固設された固定側プーリ半体１６と、この固定側プーリ半体１６に対して接離可能な可動側プーリ半体１７とを備えており、可動側プーリ半体１７は油室１８に作用する油圧で固定側プーリ半体１６に向けて付勢される。ドリブンプーリ１４は、ドリブンシャフト１２に固設された固定側プーリ半体１９と、この固定側プーリ半体１９に対して接離可能な可動側プーリ半体２０とを備えており、可動側プーリ半体２０は油室２１に作用する油圧で固定側プーリ半体１９に向けて付勢される。金属ベルト１５は、一対の金属リング２２，２２に多数の金属エレメント２３…を支持したもので構成される。

ドライブプーリ１３の回転数はドライブプーリ回転数センサＳａにより検出され、ドリブンプーリ１４の回転数はドリブンプーリ回転数センサＳｂにより検出され、ドライブプーリ１３の可動側プーリ半体１７のストローク（つまりドライブプーリ１３の溝幅）はドライブプーリストロークセンサＳｃにより検出され、ドリブンプーリ１４の可動側プーリ半体２０のストローク（つまりドリブンプーリ１４の溝幅）はドリブンプーリストロークセンサＳｄにより検出され、金属ベルト１５の周速は金属ベルト周速センサＳｅにより検出される。

図２に示すように、ドライブプーリ回転数センサＳａで検出したドライブプーリ１３の回転数と、ドリブンプーリ回転数センサＳｂで検出したドリブンプーリ１４の回転数とから、ドライブプーリ１３およびドリブンプーリ１４間の実レシオが算出され、またドライブプーリストロークセンサＳｃで検出したドライブプーリ１３のストロークと、ドリブンプーリストロークセンサＳｄで検出したドリブンプーリ１４のストロークとから、ドライブプーリ１３およびドリブンプーリ１４間の幾何学レシオが算出される。

実レシオは、ドライブプーリ１３およびドリブンプーリ１４間の実際のレシオであり、ドライブプーリ１３および金属ベルト１５間のスリップにより、あるいはドリブンプーリ１４および金属ベルト１５間のスリップにより変化する。一方、幾何学レシオは、ドライブプーリ１３およびドリブンプーリ１４の溝幅によって一義的に決まるもので、スリップが発生していないときの実レシオに相当する。

またドライブプーリ回転数センサＳａで検出したドライブプーリ回転数と、ドライブプーリストロークセンサＳｃで検出したドライブプーリ１３のストロークとから、金属ベルト１５の巻き付き位置におけるドライブプーリ１３の周速が分かるため、これを金属ベルト周速センサＳｅで検出した金属ベルト１５の周速と比較することで、ドライブプーリ１３における金属ベルト１５のスリップ率およびスリップの方向を算出することができる。同様に、ドリブンプーリ回転数センサＳｂで検出したドリブンプーリ回転数と、ドリブンプーリストロークセンサＳｄで検出したドリブンプーリ１４のストロークとから、金属ベルト１５の巻き付き位置におけるドリブンプーリ１４の周速が分かるため、これを金属ベルト周速センサＳｅで検出した金属ベルト１５の周速と比較することで、ドリブンプーリ１４における金属ベルト１５のスリップ率およびスリップの方向を算出することができる。

さて、プーリ１３，１４の固定側プーリ半体１６，１９に対して可動側プーリ半体１７，２０を油圧で押し付ける荷重（軸推力）により、固定側プーリ半体１６，１９および可動側プーリ半体１７，２０と金属ベルト１５との間に摩擦力が発生し、この摩擦力で金属ベルト１５のスリップが防止される。所定の軸推力で固定側プーリ半体１６，１９および可動側プーリ半体１７，２０間に金属ベルト１５を挟んで駆動力を伝達している状態で伝達トルクを増加させていくと、やがて耐えきれずに金属ベルト１５がスリップする。このときのプーリ１３，１４および金属ベルト１５間の接線方向摩擦係数を知ることが、金属ベルト１５のスリップを防止しながらレシオを制御する上で重要である。

プーリ１３，１４の伝達トルクは、プーリ１３，１４および金属ベルト１５間に作用する接線方向の摩擦力と金属ベルト１５の巻き付き径との積で与えられ、接線方向の摩擦力はプーリ１３，１４の軸推力と接線方向摩擦係数との積で与えられる。そして金属ベルト１５の巻き付き径はドライブプーリストロークセンサＳｃあるいはドリブンプーリストロークセンサＳｄの出力から知ることができ、プーリ１３，１４の軸推力は可動側プーリ半体１７，２０を固定側プーリ半体１６，１９に向けて付勢する油圧から知ることができ、金属ベルト１５がスリップする瞬間はプーリ１３，１４の周速および金属ベルト１５の周速の比較により知ることができるので、金属ベルト１５がスリップする瞬間に最大になる接線方向摩擦係数を任意のレシオにおいて算出することができる。

図３（Ａ）は、上述した手法で算出したプーリ１３，１４および金属ベルト１５間の接線方向摩擦係数を、ドライブプーリ１３における金属ベルト１５の巻き付き径に応じて整理したものであり、図３（Ｂ）は、同様にしてプーリ１３，１４および金属ベルト１５間の接線方向摩擦係数を、ドライブプーリ１３に当接する金属ベルト１５の金属エレメント２３…の個数に応じて整理したものである。レシオがＬＯＷに近い領域、すなわちドライブプーリ１３側で金属ベルト１５の巻き付き径が小さい領域、あるいはドリブンプーリ１３に当接する金属エレメント２３…の個数が少ない領域では、金属ベルト１５がスリップするドライブプーリ１３側の接線方向摩擦係数のデータが得られ、逆にレシオがＯＤに近い領域、すなわちドリブンプーリ１４側で金属ベルト１５の巻き付き径が小さい領域、あるいはドリブンプーリ１４に当接する金属エレメント２３…の個数が少ない領域では、金属ベルト１５がスリップするドリブンプーリ１４側の接線方向摩擦係数のデータが得られる。

これらのグラフから明らかなように、金属ベルト１５の巻き付き径の増加あるいはプーリ１３，１４に当接する金属エレメント２３…の個数の増加に応じて接線方向摩擦係数はリニアに増加しており、その特性はドライブプーリ１３およびドリブンプーリ１４に共通している。このように、プーリ１３，１４および金属ベルト１５間の接線方向摩擦係数が巻き付き径の増加に応じてリニアに増加する関係を利用し、スリップが発生し難いために従来は測定できなかったプーリ１３，１４の径方向外側部分における接線方向摩擦係数、つまりレシオがＬＯＷに近い領域におけるドリブンプーリ１４側の接線方向摩擦係数およびレシオがＯＤに近い領域におけるドライブプーリ１３側の接線方向摩擦係数を的確に推定することができる。

従来は、レシオがＬＯＷに近い領域では、ドライブプーリ１３の接線方向摩擦係数は測定できるがドリブンプーリ１４の接線方向摩擦係数は測定できなかっため、ドライブプーリ１３の溝幅を減少させ、ドリブンプーリ１４の溝幅を増加させてレシオをＯＤ側に変化させるとき、ドライブプーリ１３の軸推力を増加させることで溝幅を減少させる必要があった。その理由は、ドリブンプーリ１４側の接線方向摩擦係数を知ることができないため、ドリブンプーリ１４側の軸推力を減少させてＯＤ側に変速しようとすると、ドリブンプーリ１４および金属ベルト１５がスリップしてしまう可能性があるからである。

同様に、レシオがＯＤに近い領域では、ドリブンプーリ１４の接線方向摩擦係数は測定できるがドライブプーリ１３の接線方向摩擦係数は測定できなかっため、ドリブンプーリ１４の溝幅を減少させ、ドライブプーリ１３の溝幅を増加させてレシオをＬＯＷ側に変化させるとき、ドリブンプーリ１４の軸推力を増加させることで溝幅を減少させる必要があった。その理由は、ドライブプーリ１３側の接線方向摩擦係数を知ることができないため、ドライブプーリ側の軸推力を減少させてＬＯＷ側に変速しようとすると、ドライブプーリ１３および金属ベルト１５がスリップしてしまう可能性があるからである。

それに対し、本実施の形態では、レシオをＬＯＷ側からＯＤ側に変化させるとき、ドリブンプーリ１４側の接線方向摩擦係数を推定できるため、ドライブプーリ１３側の軸推力を増加させることなく、ドリブンプーリ１４側で金属ベルト１５のスリップが発生しない範囲でドリブンプーリ１４側の軸推力を減少させることで、レシオをＯＤ側に変化させることができる。

またレシオをＯＤ側からＬＯＷ側に変化させるとき、ドライブプーリ１３側の接線方向摩擦係数を推定できるため、ドリブンプーリ１４側の軸推力を増加させることなく、ドライブプーリ１３側で金属ベルト１５のスリップが発生しない範囲でドライブプーリ１３側の軸推力を減少させることで、レシオをＬＯＷ側に変化させることができる。

このように、本実施の形態によれば、プーリ１３，１４の軸推力を増加させることなく減少させることで、金属ベルト１５のスリップを抑制しながら変速を行うことができるため、軸推力によりプーリ１３，１４や金属ベルト１５が受ける荷重を低減してベルト式無段変速機Ｔの耐久性を高めるとともに、変速用の油圧を発生する油圧ポンプの負荷を低減することができる。

図４（Ａ）のグラフは、トルク伝達に必要なドリブンプーリ１４の接線方向摩擦係数と、レシオ保持に必要なドリブンプーリ１４の接線方向摩擦係数とを、レシオ（−ｌｏｇ値）に対して示すものである。従来は、レシオがＬＯＷ側の領域で巻き付き径が大きいドリブンプーリ１４側の接線方向摩擦係数を測定できなかったため、トルク伝達に必要な接線方向摩擦係数が得られる軸推力を与えていた。しかしながら、変速制御時には、ドリブンプーリ１４側にレシオ保持に必要な接線方向摩擦係数だけを与えれば済むため、トルク伝達に必要な接線方向摩擦係数とレシオ保持に必要な接線方向摩擦係数との差分に相当する軸推力（斜線部参照）が無駄に加えられていたことになる。

本実施の形態によれば、レシオがＬＯＷ側の領域で巻き付き径が大きいドリブンプーリ１４側の接線方向摩擦係数を推定できるため、トルク伝達に必要な接線方向摩擦係数が得られる軸推力を与えることなく、それよりも小さいドリブンプーリ１４側のレシオ保持に必要な接線方向摩擦係数を与えればスリップが発生しないことが保証されるため、図４（Ａ）の斜線部分の接線方向摩擦係数に相当するドリブンプーリ１４の軸推力を節減することが可能となる。

同様に、図４（Ｂ）のグラフにおいて、本実施の形態によれば、レシオがＯＤ側の領域で巻き付き径が大きいドライブプーリ１３側の接線方向摩擦係数を推定できるため、トルク伝達に必要な接線方向摩擦係数が得られる軸推力を与えることなく、それよりも小さいドライブプーリ１３側のレシオ保持に必要な接線方向摩擦係数を与えればスリップが発生しないことが保証され、図４（Ｂ）の斜線部分の接線方向摩擦係数に相当するドライブプーリ１３の軸推力を節減することが可能となる。

図５のグラフは、図４（Ａ）、（Ｂ）のグラフを重ねたもので、従来の制御は、レシオが約１．７の状態（−ｌｏｇレシオが約０．２の状態）を境界にして、それよりもＬＯＷ側の領域ではドリブンプーリ１４に余分なレシオ保持のための軸推力を加えており、それよりもＯＤ側の領域ではドライブプーリ１３に余分なレシオ保持のための軸推力を加えていたが、本実施の形態の制御により、レシオが約１．７の位置を除く全領域で余分なレシオ保持のための軸推力を削減し、プーリ１３，１４や金属ベルト１５の耐久性を高めるとともに油圧ポンプの駆動力を節減することができる。

図６は上記変速制御の過程を説明するフローチャートであり、先ずステップＳ１で、実際の変速比ｉを境界となる変速比である１．７と比較する。変速比ｉが１．７以上であるＬＯＷ側の領域は、ドライブプーリ１３およびドリブンプーリ１４のうちのドライブプーリ１３側が先にスリップする領域であり、ドライブプーリ１３がスリップ側プーリとなり、ドリブンプーリ１４が非スリップ側プーリとなる。逆に変速比ｉが１．７未満であるＯＤ側の領域は、ドライブプーリ１３およびドリブンプーリ１４のうちのドリブンプーリ１４側が先にスリップする領域であり、ドライブプーリ１３が非スリップ側プーリとなり、ドリブンプーリ１４がスリップ側プーリとなる。

前記ステップＳ１で、変速比ｉが１．７以上であるＬＯＷ側の領域、つまりドライブプーリ１３が非スリップ側プーリであり、ドリブンプーリ１４がスリップ側プーリである領域では、ステップＳ２で、既知であるドライブプーリ１３の接線方向摩擦係数μとレシオｉとの関係から、未知であるドリブンプーリ１４の接線方向摩擦係数μとレシオｉとの関係を推定する。変速比ｉが１．７以上であるＬＯＷ側の領域では、ドライブプーリ１３がドリブンプーリ１４よりも先にスリップするため、ドライブプーリ１３を各レシオｉで実験的にスリップさせ、そのときのドライブプーリ１３および金属ベルト１５間の接線方向摩擦係数μを求めて記憶することで、変速比ｉが１．７以上であるＬＯＷ側の領域におけるドライブプーリ１３の接線方向摩擦係数μとレシオｉとの関係を予め求めることができる。そして前記関係に基づき、未知である変速比ｉが１．７以上であるＬＯＷ側の領域におけるドリブンプーリ１４の接線方向摩擦係数μとレシオｉとの関係を推定する（図３参照）。

続くステップＳ３で、既知であるドライブプーリ１３の接線方向摩擦係数μおよび巻き付き径ｒを乗算してドライブプーリ１３の伝達トルクを算出する。金属ベルト１５がスリップしていないとき、ドライブプーリ１３の伝達トルクはドリブンプーリ１４の伝達トルクに一致する。

続くステップＳ４で、ドリブンプーリ１４の伝達トルクを前記推定されたドリブンプーリ１４の接線方向摩擦係数μで除算することで、ドリブンプーリ１４の必要軸推力を算出する。ドリブンプーリ１４の必要軸推力は、ドリブンプーリ１４がスリップすることなくトルク伝達するのに必要な最小限の軸推力に相当する。

続くステップＳ５で、ドリブンプーリ１４のレシオ保持軸推力から必要軸推力を減算して差分を算出する。ドリブンプーリ１４のレシオ保持軸推力はレシオｉを保持するのに必要な軸推力であり、従来はドリブンプーリ１４のスリップを防止するのに必要な必要軸推力に対して充分な余裕を持って大きめに設定されていた。

続くステップＳ６で、ドリブンプーリ１４に加わっているレシオ保持軸推力を前記差分の範囲で減圧することで、ドリブンプーリ１４の溝幅が増加し、レシオｉがＬＯＷ側からＯＤ側に変更される。

一方、前記ステップＳ１で、変速比ｉが１．７未満であるＯＤ側の領域では、ステップＳ７〜ステップＳ１１でドライブプーリ１３の軸推力を減圧することで、レシオｉをＯＤ側からＬＯＷ側に変更する。ステップＳ７〜ステップＳ１１は、前記ステップＳ２〜ステップＳ６にそれぞれ対応するもので、ドライブプーリ１３およびドリブンプーリ１４の関係が入れ代わるだけで、その内容は実質的に同じである。

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。

１３ ドライブプーリ
１４ ドリブンプーリ
１５ 金属ベルト

Claims (2)

1. ドライブプーリ（１３）およびドリブンプーリ（１４）に金属ベルト（１５）を巻き掛け、前記ドライブプーリ（１３）および前記ドリブンプーリ（１４）の軸推力を変化させることで変速比を変更するベルト式無段変速機の変速制御方法であって、
   前記ドライブプーリ（１３）および前記ドリブンプーリ（１４）のうちのスリップ側プーリの接線方向摩擦係数およびレシオの関係から非スリップ側プーリの接線方向摩擦係数およびレシオの関係を推定する第１工程と、前記スリップ側プーリの接線方向摩擦係数および巻き付き径から前記金属ベルト（１５）により伝達される伝達トルクを算出する第２工程と、前記伝達トルクおよび前記非スリップ側プーリの巻き付き径から該非スリップ側プーリのスリップを抑制するための必要軸推力を算出する第３工程と、前記非スリップ側プーリのレシオ保持軸推力を前記必要軸推力に向けて減少させて変速比を変更する第４工程と、
   を含むことを特徴とするベルト式無段変速機の変速制御方法。
2. レシオが所定値以上の領域では前記ドリブンプーリ（１４）において前記軸推力の減少制御を実施し、レシオが前記所定値未満の領域では前記ドライブプーリ（１３）において前記軸推力の減少制御を実施することを特徴とする、請求項１に記載のベルト式無段変速機の変速制御方法。
   

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