JP2019138311A - 無段変速機 - Google Patents

Abstract

【課題】伝動ベルトの固有振動数と加振源の周波数とが一致して共振が発生するのを回避して、出力トルク変動を抑制することができる無段変速機を提供すること。【解決手段】駆動側プーリと、従動側プーリと、駆動側プーリと従動側プーリとに巻き掛けられた伝動ベルトと、を備えた無段変速機において、駆動側プーリ及び従動側プーリの回転情報を検知する回転情報検知手段と、少なくとも駆動側プーリに入力された駆動トルクを検知するトルク検知手段と、回転情報を用いて変速比を演算する変速比演算手段と、変速比と駆動トルクとを用いて伝動ベルトの固有振動数を取得する固有振動数取得手段と、伝動ベルトの固有振動数と、駆動トルクを出力する加振源の周波数との差分を演算する差分演算手段と、その差分に応じて伝動ベルトの張力を変化させる張力変化手段と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、無段変速機に関する。

特許文献１には、駆動側プーリと従動側プーリとに伝動ベルトが巻き掛けられたベルト式の無段変速機において、回転情報などから伝動ベルトの弦振動の発生を判定し、磁力によって振動を抑制するフォードバック制御を行って、無段変速機の出力トルク変動を抑制することが開示されている。

特開２００８−０５１１３４号公報

しかしながら、上記フィードバック制御では、駆動トルクを出力するエンジンなどの加振源の周波数（加振周波数）が連続的に変化する過渡時への対応が困難であり、ベルトの固有振動数と加振源の周波数とが一致して共振が発生し、無段変速機の出力トルク変動が生じ得る。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、伝動ベルトの固有振動数と加振源の周波数とが一致して共振が発生するのを回避して、出力トルク変動を抑制することができる無段変速機を提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る無段変速機は、駆動側プーリと、従動側プーリと、前記駆動側プーリと前記従動側プーリとに巻き掛けられた伝動ベルトと、を備えた無段変速機において、前記駆動側プーリ及び前記従動側プーリの回転情報を検知する回転情報検知手段と、少なくとも前記駆動側プーリに入力された駆動トルクを検知するトルク検知手段と、前記回転情報を用いて変速比を演算する変速比演算手段と、前記変速比と前記駆動トルクとを用いて前記伝動ベルトの固有振動数を取得する固有振動数取得手段と、前記伝動ベルトの固有振動数と、前記駆動トルクを出力する加振源の周波数との差分を演算する差分演算手段と、前記差分に応じて前記伝動ベルトの張力を変化させる張力変化手段と、を備えることを特徴とするものである。

本発明に係る無段変速機は、伝動ベルトの固有振動数と加振源の周波数との差分に応じて伝動ベルトの張力を変化させて、伝動ベルトの固有振動数を変化させることにより、伝動ベルトの固有振動数と加振源の周波数とが一致して共振が発生するのを回避して、出力トルク変動を抑制することができるという効果を奏する。

図１（ａ）は、実施形態に係る無段変速機の概略構成の一例を示した図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した無段変速機を上方から見た図である。図１（ｃ）は、伝動ベルトの構成についての説明図である。 図２は、従来例と本発明例とにおける伝動ベルトの固有振動数と加振源の周波数との関係を示した図である。 図３は、伝動ベルトの固有振動数と加振源の周波数との共振を回避するために、制御装置が実施する制御フローの一例を示した図である。 図４は、伝動ベルトの張力変化による伝動ベルトの固有振動数の変化を表した模式図である。 図５は、本発明例及び従来例について、ドライブシャフトトルク変動の差を示したグラフである。 図６は、張力変化手段として磁力発生装置を備えた無段変速機の概略構成の一例を示した図である。 図７（ａ）は、弾性体ベルトで構成された伝動ベルトを用いた無段変速機の概略構成の一例を示す図である。図７（ｂ）は、弾性体ベルトで構成された伝動ベルトの構成についての説明図である。 図８は、プーリ挟圧を制御して伝動ベルトの張力を変化させる無段変速機の概略構成の一例を示した図である。 図９は、図８に示した無段変速機において、伝動ベルトの張力変化による伝動ベルトの固有振動数の変化を表した模式図である。

以下に、本発明に係る無段変速機の一実施形態について説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１（ａ）は、実施形態に係る無段変速機１の概略構成の一例を示した図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した無段変速機１を上方から見た図である。図１（ｃ）は、伝動ベルト４の構成についての説明図である。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、実施形態に係る無段変速機１は、金属製の伝動ベルト４が巻き掛けられた第１プーリ２と第２プーリ３とを備えている。第１プーリ２は、第１プーリ回転軸２１に固定された垂体状の第１固定シーブ２ａと、第１アクチュエータ２ｃによって第１プーリ回転軸２１上で軸線方向に移動可能に設けられた垂体状の第１可動シーブ２ｂとで構成されている。なお、第１プーリ回転軸２１は、不図示のエンジンなどの駆動源から駆動力が入力される入力側の回転軸である。また、第２プーリ３は、第２プーリ回転軸３１に固定された垂体状の第２固定シーブ３ａと、第２アクチュエータ３ｃによって第２プーリ回転軸３１上で軸線方向に移動可能に設けられた垂体状の第２可動シーブ３ｂとで構成されている。なお、第２プーリ回転軸３１は、駆動力を出力する出力側の回転軸である。そして、第１固定シーブ２ａと第１可動シーブ２ｂ、及び、第２固定シーブ３ａと第２可動シーブ３ｂ、それぞれにおいて互いに対向するテーパー面により、伝動ベルト４が嵌り込むＶ字状の溝であるベルト溝が形成されている。

無段変速機１は、第１プーリ２と第２プーリ３とに伝動ベルト４を巻き掛けるとともに、その巻き掛け半径を連続的に変化させて変速比を変化させるように構成されている。巻き掛け半径の変更は、第１可動シーブ２ｂ及び第２可動シーブ３ｂを第１プーリ回転軸２１及び第２プーリ回転軸３１上で軸線方向に移動させて、ベルト溝の幅を変化させることで行われる。

伝動ベルト４は、図１（ｃ）に示すように、金属製の複数のエレメント５を、金属製のリング６により環状に結束して構成されており、エレメント５の伝動ベルト幅方向における両側面の一部が、第１固定シーブ２ａ及び第２固定シーブ３ａ及び第１可動シーブ２ｂ及び第２可動シーブ３ｂのテーパー面と接触する接触面となっている。そして、第１固定シーブ２ａ及び第２固定シーブ３ａと第１可動シーブ２ｂ及び第２可動シーブ３ｂとによりエレメント５を挟むことで、エレメント５に挟圧力がかかり、第１固定シーブ２ａ及び第２固定シーブ３ａ及び第１可動シーブ２ｂ及び第２可動シーブ３ｂのテーパー面と、エレメント５の接触面との間で生じた摩擦力によって、伝動ベルト４を介して第１プーリ２と第２プーリ３との間で駆動力の伝達が行われる。

また、図１（ａ）に示すように、実施形態に係る無段変速機１は、伝動ベルト４の張力を変化させるための張力変化手段としてテンショナ７を備えている。テンショナ７は、第１プーリ回転軸２１及び第２プーリ回転軸３１と同一方向に回転軸を有するローラ部材によって構成されており、伝動ベルト４のうち、第１プーリ２及び第２プーリ３に巻き掛けられていない弦部に対向配置されている。より具体的には、伝動ベルト４におけるエレメント圧縮側の弦部とは反対側の弦部と対向する位置に、テンショナ７が設けられている。また、テンショナ７は、制御装置１０によって制御される不図示のアクチュエータにより、テンショナ７が伝動ベルト４の弦部に当接しない位置と、テンショナ７が伝動ベルト４の弦部を押圧する位置との間で移動可能となっている。そして、テンショナ７を移動させて、第１プーリ２及び第２プーリ３に対する伝動ベルト４の巻き掛け半径を維持しつつ、伝動ベルト４の軌道長を調整することにより、伝動ベルト４の張力を変化させることが可能となっている。

なお、伝動ベルト４がエレメント５とリング６とからなるプッシュベルト式の無段変速機１では、図１（ａ）に示すように、伝動ベルト４におけるエレメント圧縮側の弦部とは反対側の弦部と対向する位置にテンショナ７を設けて、動力伝達に寄与しない弦部側にテンショナ７によって外力を加えることによって、動力損失を抑えることができる。

また、実施形態に係る無段変速機１は、第１プーリ２の回転情報である回転角を検知する回転情報検知手段である第１回転角検知センサ８ａが、第１プーリ２の近傍に設けられており、第２プーリ３の回転情報である回転角を検知する回転情報検知手段である第２回転角検知センサ８ｂが、第２プーリ３の近傍に設けられている。また、少なくとも駆動トルクを検知するトルク検知手段であるトルク検知器９が、第１プーリ２の近傍に設けられている。

そして、制御装置１０は、第１プーリ２及び第２プーリ３の回転情報として、第１回転角検知センサ８ａ及び第２回転角検知センサ８ｂが検知した第１プーリ２及び第２プーリ３の各回転角から、第１プーリ２の回転数（入力回転数）及び第２プーリ３の回転数（出力回転数）を求めて変速比を演算する変速比演算手段としても機能する。また、制御装置１０は、演算して求めた変速比と、トルク検知器９によって検知した第１プーリ２に入力された駆動トルクとを用いて、予め実験などによって求めた変速比と駆動トルクとの関係（マップ）から、伝動ベルト４の固有振動数を取得する固有振動数取得手段としても機能する。また、制御装置１０は、伝動ベルト４の固有振動数と、不図示のエンジンなどの加振源の周波数（加振周波数）との差分を演算する差分演算手段としても機能する。

そして、制御装置１０は、前記差分に基づいて前記アクチュエータを制御し、テンショナ７を移動させて伝動ベルト４の張力を変化させ、伝動ベルト４の固有振動数を変化させることにより、伝動ベルト４の固有振動数と駆動トルクの加振振動数とが一致して共振が発生するのを回避する。

図２は、従来例と本発明例とにおける伝動ベルト４の固有振動数と加振源の周波数との関係を示した図である。なお、従来例は、伝動ベルト４の固有振動数と加振源の周波数との共振の対策として、加振源の周波数をずらす方法を採用した一例である。また、本発明例は、伝動ベルト４の固有振動数と加振源の周波数との共振の対策として、伝動ベルト４の固有振動数をずらす方法を採用した一例である。

伝動ベルト４の固有振動数は単一ではなくブロードになるため、従来例では、図２（ａ）に示すように加振源の周波数を高周波数側へずらすと、狙いの運転条件から外れ、且つ、共振時に振動が増幅されてしまう。また、図２（ｂ）に示すように、伝動ベルト４の固有振動数をブロードにすると、振動が大きくなる条件が拡大してしまう。

これに対して、本発明例では、伝動ベルト４の固有振動数と加振トルクの加振周波数との相対関係から、図２（ｃ）に示すように伝動ベルト４の固有振動数を上げたり、図２（ｄ）に示すように伝動ベルト４の固有振動数を下げたりすることによって、伝動ベルト４の固有振動数と加振源の周波数との共振を回避することができる。

図３は、伝動ベルト４の固有振動数と加振源の周波数との共振を回避するために、制御装置１０が実施する制御フローの一例を示した図である。図４は、伝動ベルト４の張力変化による伝動ベルト４の固有振動数の変化を表した模式図である。なお、図４中のＴ_ｉｎは入力トルクであり、Ｔ_ｏｕｔは出力トルクであり、Ｔｓはリング緩み側張力であり、ωは伝動ベルト４の弦部の固有振動数であって下記（１）式で示されるものである。また、下記（１）式中のρは線密度であり、Ｌは伝動ベルト４の弦部長さである。

図３に示すように、まず、制御装置１０は、トルク検知器９によって第１プーリ２に入力された駆動トルクを検知するとともに、第１回転角検知センサ８ａ及び第２回転角検知センサ８ｂによって検知された第１プーリ２及び第２プーリ３の回転角を用いて変速比を演算する（ステップＳ１）。次に、制御装置１０は、検知した駆動トルクと演算した変速比とを用いて、予め実験などによって求めた駆動トルクと変速比との関係（マップ）から、伝動ベルト４の固有振動数を取得する（ステップＳ２）。次に、制御装置１０は、加振源の周波数を駆動トルクまたは回転数から演算する（ステップＳ３）。次に、制御装置１０は、伝動ベルト４の固有振動数と加振源の周波数との差分Δを演算する（ステップＳ４）。

次に、制御装置１０は、伝動ベルト４の固有振動数と加振源の周波数との共振を回避するために、伝動ベルト４の固有振動数を変化させる必要があるかを判定するため、前記差分Δの絶対値が所定の閾値α未満であるかを判断する（ステップＳ５）。そして、前記差分Δが閾値α未満ではない場合（ステップＳ５でＮｏ）、制御装置１０は、共振を回避するために、伝動ベルト４の固有振動数を変化させる必要がないと判定し、一連の制御を終了する。

一方、前記差分Δが閾値α未満である場合（ステップＳ５でＹｅｓ）、制御装置１０は、共振を回避するために、伝動ベルト４の固有振動数を変化させる必要があると判定して、次に、伝動ベルト４の固有振動数を上げるか下げるかを判定するため、前記差分Δが０よりも大きいか（前記差分Δが正の値であるか）を判断する（ステップＳ６）。

前記差分Δが０よりも大きい（前記差分Δが正の値である）場合（ステップＳ６でＹｅｓ）、制御装置１０は、テンショナ７による伝動ベルト４の押圧状態を強めて伝動ベルト４の張力を増加させ（ステップＳ７）、伝動ベルト４の固有振動数を上げることにより、伝動ベルト４の固有振動数と加振源の周波数とが一致しないようにして共振を回避し、一連の制御を終了する。

一方、前記差分Δが０以下（前記差分Δが０または負の値である）場合（ステップＳ６でＮｏ）、制御装置１０は、テンショナ７による伝動ベルト４の押圧状態を緩めて伝動ベルト４の張力を減少させ（ステップＳ８）、伝動ベルト４の固有振動数を下げることにより、伝動ベルト４の固有振動数と加振源の周波数とが一致しないようにして共振を回避し、一連の制御を終了する。

なお、伝動ベルト４の張力変化やバラツキ、エレメント形状のバラツキにより、伝動ベルト４の固有振動数の半値幅が大きく、一定値に決まらない。そのため、実施形態に係る無段変速機１においては、制御装置１０が前記差分Δに応じて伝動ベルト４の張力の変化量を制御している。

図５は、本発明例及び従来例について、ドライブシャフトトルク変動の差を示したグラフである。なお、図５中においては、計算条件として、変速比が２．３３、回転数が１５００[ｒｐｍ]、駆動トルクが１２０[Ｎｍ]であり、縦軸のドライブシャフトトルク変動の差を本発明例を１とした場合で示している。

図５に示すように、本発明例においては、伝動ベルト４の固有振動数と加振源の周波数との前記差分Δに応じて、伝動ベルト４の固有振動数を変化させ、伝動ベルト４の固有振動数と加振源の周波数との共振を回避することにより、従来例に比べて、ドライブシャフトトルク変動の差を小さくすることができるのがわかる。よって、本発明例においては、伝動ベルト４の固有振動数と加振源の周波数との共振を回避し、無段変速機１の出力トルク変動を抑制することができる。

図６は、張力変化手段として磁力発生装置７１を備えた無段変速機１の概略構成の一例を示した図である。

実施形態に係る無段変速機１においては、図６に示すように、伝動ベルト４の張力を変化させる張力変化手段として、テンショナ７に替えて、磁力発生装置７１を用いてもよい。磁力発生装置７１は、制御装置１０によって電流を調整することにより、磁力の強さを変化させることが可能な電磁石によって構成されており、伝動ベルト４の弦部に非接触で対向配置されている。

そして、図６に示した無段変速機１においては、例えば、制御装置１０が、前記差分Δが０よりも大きい（前記差分Δが正の値である）場合に、磁力発生装置７１の磁力を強めて伝動ベルト４の張力を増加させ、伝動ベルト４の固有振動数を上げることにより、伝動ベルト４の固有振動数と加振源の周波数との共振を回避する。また、制御装置１０が、前記差分Δが０以下（前記差分Δが０または負の値である）場合に、磁力発生装置７１の磁力を弱めて伝動ベルト４の張力を減少させ、伝動ベルト４の固有振動数を下げることにより、伝動ベルト４の固有振動数と加振源の周波数との共振を回避する。

このように、伝動ベルト４の張力を変化させる張力変化手段として、磁力発生装置７１を用いることにより、伝動ベルト４と非接触で張力変化を行うことができるため、摩擦損失を抑制することができる。

図７（ａ）は、弾性体ベルトで構成された伝動ベルト４１を用いた無段変速機１の概略構成の一例を示す図である。図７（ｂ）は、弾性体ベルトで構成された伝動ベルト４１の構成についての説明図である。

実施形態に係る無段変速機１においては、図７（ａ）に示すように、金属ベルトで構成された伝動ベルト４に替えて、ゴムのような弾性体ベルトで構成された伝動ベルト４１を用いてもよい。このように、弾性体ベルトで構成された伝動ベルト４１を用いた場合でも、制御装置１０が、前記差分Δに応じて、伝動ベルト４１の張力を変化させ、伝動ベルト４１の固有振動数を変化させることにより、伝動ベルト４１の固有振動数と加振源の周波数との共振を回避することができる。

なお、図６に示したような磁力発生装置７１を用いて、伝動ベルト４１の張力を変化させる場合には、例えば、図７（ｂ）に示すように、伝動ベルト４１の内部に磁性体からなる複数の芯材５１を設ければよい。

図８は、プーリ挟圧を制御して伝動ベルト４の張力を変化させる無段変速機１の概略構成の一例を示した図である。

実施形態に係る無段変速機１においては、伝動ベルト４の張力を変化させる張力変化手段として、図８に示すように、テンショナ７や磁力発生装置７１などを設けずに、油圧制御装置８１によって第１アクチュエータ２ｃ及び第２アクチュエータ３ｃ（図１（ｂ）参照）の油圧を調整し、伝動ベルト４を挟み込む第１プーリ２及び第２プーリ３のプーリ挟圧を制御して、伝動ベルト４の張力を変化させるようにしてもよい。

図９は、図８に示した無段変速機１において、伝動ベルト４の張力変化による伝動ベルト４の固有振動数の変化を表した模式図である。なお、図９中のｒ１はプーリ挟圧増加前における第１プーリ２への伝動ベルト４の巻き掛け半径であり、ｒ２はプーリ挟圧増加前における第２プーリ３への伝動ベルト４の巻き掛け半径である。また、図９中のａはプーリ挟圧増加後における第１プーリ２への伝動ベルト４の巻き掛け半径の変化量であり、ｂはプーリ挟圧増加後における第２プーリ３への伝動ベルト４の巻き掛け半径の変化量である。また、図９中のＴはリング張力であり、ωは伝動ベルト４の弦部の固有振動数であって下記（２）式で示されるものである。また、下記（２）式中のρは線密度であり、Ｌは伝動ベルト４の弦部長さである。

なお、伝動ベルト４の張力を変化させるために実施するプーリ挟圧制御の必要条件としては、プーリ挟圧を変更する前後で変速比が一定、すなわち、図９において、ｒ２／ｒ１＝（ｒ２＋ｂ）／（ｒ１＋ａ）の関係を満たすようにする。

図８に示した無段変速機１においては、例えば、制御装置１０が、前記差分Δが０よりも大きい（前記差分Δが正の値である）場合に、プーリ挟圧を強めて伝動ベルト４の張力を増加させ、伝動ベルト４の固有振動数を上げることにより、伝動ベルト４の固有振動数と加振源の周波数との共振を回避することができる。また、制御装置１０が、前記差分Δが０以下である（前記差分Δが０または負の値である）場合に、プーリ挟圧を弱めて伝動ベルト４の張力を減少させ、伝動ベルト４の固有振動数を下げることにより、伝動ベルト４の固有振動数と加振源の周波数との共振を回避することができる。

１ 無段変速機
２ 第１プーリ
２ａ 第１固定シーブ
２ｂ 第１可動シーブ
２ｃ 第１アクチュエータ
３ 第２プーリ
３ａ 第２固定シーブ
３ｂ 第２可動シーブ
３ｃ 第２アクチュエータ
４，４１ 伝動ベルト
５ エレメント
６ リング
７ テンショナ
８ａ 第１回転角検知センサ
８ｂ 第２回転角検知センサ
９ トルク検知器
１０ 制御装置
２１ 第１プーリ回転軸
３１ 第２プーリ回転軸
７１ 磁力発生装置
８１ 油圧制御装置

Claims (1)

1. 駆動側プーリと、
   従動側プーリと、
   前記駆動側プーリと前記従動側プーリとに巻き掛けられた伝動ベルトと、
   を備えた無段変速機において、
   前記駆動側プーリ及び前記従動側プーリの回転情報を検知する回転情報検知手段と、
   少なくとも前記駆動側プーリに入力された駆動トルクを検知するトルク検知手段と、
   前記回転情報を用いて変速比を演算する変速比演算手段と、
   前記変速比と前記駆動トルクとを用いて前記伝動ベルトの固有振動数を取得する固有振動数取得手段と、
   前記伝動ベルトの固有振動数と、前記駆動トルクを出力する加振源の周波数との差分を演算する差分演算手段と、
   前記差分に応じて前記伝動ベルトの張力を変化させる張力変化手段と、
   を備えることを特徴とする無段変速機。

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