JP3942571B2 - 車両用ベルト式無段変速機 - Google Patents

Description

本発明は、駆動源（例えば、エンジン）の出力を無段階に変速して車輪に伝達して車両を駆動する車両用無段変速機に関し、さらに詳しくは、プーリ幅可変のドライブおよびドリブンプーリの間にベルトを架け渡してなる無段変速機構を有して構成される車両用ベルト式無段変速機に関する。

このような車両用ベルト式無段変速機として、例えば、特許文献１に開示のものがある。ベルト式無段変速機においては、一般的に、エンジンからの回転駆動力（出力）をドライブプーリに伝達してこれを回転駆動し、ドライブプーリの回転をベルトを介してドリブンプーリに伝達し、ドリブンプーリの回転駆動力を車輪に伝達するように構成される。このときにドライブ及びドリブンプーリのプーリ幅を可変制御してベルト巻き付き半径を無段階に変更させて無段変速制御が行う。このように無段変速を行って動力伝達を行うときに、ドライブおよびドリブンプーリとベルトの間でスリップを発生させることがないように、ドライブおよびドリブンプーリによるベルトのクランプ力を設定している。例えば、特許文献１の装置では、このクランプ力を油圧シリンダにより付与する構成であり、油圧シリンダに作用させるライン圧をスリップ防止に必要な圧力に設定している。

ところで、低μ路（スリップしやすい路面）の走行においてアクセルを踏んで加速してタイヤ（車輪）がスリップしたような場合に、エンジン回転が急上昇するのに対して車速の上昇率は小さいので変速比は高速段側にシフトアップされ、ドライバーがこれに気づいてアクセルを戻すとタイヤがグリップ力を取り戻して車輪回転が急激に低下するという現象が発生する。このときに、変速機を介して伝達されるトルクが急激に変化してプーリとベルトの間でのスリップが発生するという問題があるため、上記特許文献１の装置では、タイヤスリップ時にライン圧を高圧に設定して、プーリとベルトの間でのスリップ発生を防止している。
特開平２−１１３１５７号公報

ところが、上述のようにタイヤスリップ時にライン圧を高圧にする制御では、プーリとベルトとのスリップを防止できるが、ベルトのクランプ力が過大となってベルト耐久性が低下するおそれがあるという問題がある。また、タイヤスリップ時に発生する伝達トルク変化は、路面の状態、アクセルの踏み具合、タイヤの種類等に応じて多様であり、このような多様なトルク変化全てに対してスリップ防止するには、予想される最大の伝達トルク変化に対応できるだけの大きなライン圧を設定する必要があり、ライン圧が実際に必要とされる値より過大になることが多いという問題がある。

本発明はこのような問題に鑑みたもので、タイヤスリップに伴い伝達トルクの変化が発生した場合でも、ベルトクランプ力を過大にすることなくプーリとベルトとのスリップを防止できるような構成の車両用ベルト式無段変速機を提供することを目的とする。

上記課題を解決してこのような目的を達成するために、本発明に係る車両用ベルト式無段変速機は、プーリ幅可変のドライブプーリ（例えば、実施形態におけるドライブ側可動プーリ１１）、プーリ幅可変のドリブンプーリ（例えば、実施形態におけるドリブン側可動プーリ１６）、およびこれらドライブおよびドリブンプーリの間に架け渡されたベルト（例えば、実施形態における金属Ｖベルト１５）からなる無段変速機構（例えば、実施形態における金属Ｖベルト機構１０）と、ドリブンプーリと変速機出力部材との間に配設されて係脱制御されるクラッチ（例えば、実施形態における発進クラッチ５）と、ドライブプーリおよびドリブンプーリによるベルトのクランプ力をそれぞれ算出するクランプ力算出手段（例えば、実施形態におけるステップＳ３の処理手段）と、このクランプ力算出手段により算出されたクランプ力によりベルトをクランプするようにドライブおよびドリブンプーリにクランプ力を付与するドライブ側およびドリブン側アクチュエータ（例えば、実施形態におけるドライブ側シリンダ室１４およびドリブン側シリンダ室１９）とを有し、駆動源の出力を無段変速機構により無段階に変速するとともにクラッチを介して変速機出力部材から駆動輪に伝達するように構成される。そして、クランプ力算出手段は、駆動輪がスリップなしに走行しているときには駆動源から無段変速機構に入力される入力トルクに応じてクランプ力を算出し、駆動輪がスリップしたときには駆動源から無段変速機構に入力される入力トルクおよびクラッチの伝達トルク容量のいずれか大きい方に応じてクランプ力を算出する。

なお、ドライブおよびドリブンプーリがそれぞれ、軸方向に固定された固定プーリ半体と、軸方向に移動可能な移動プーリ半体とから構成され、固定プーリ半体と移動プーリ半体との間にベルトを挟持し、ドライブ側およびドリブン側アクチュエータがそれぞれ、移動プーリを固定プーリ半体に向けて押圧してベルトを挟持するクランプ力を付与する油圧シリンダから構成されており、ドライブ側およびドリブン側アクチュエータを構成する油圧シリンダに作用させるライン圧を、クランプ力算出手段により算出されたクランプ力に基づいて設定するように構成するのが好ましい。

このように構成された車両用ベルト式無段変速機によれば、駆動輪がスリップ無しに走行する状態、すなわち、通常走行状態では、駆動源（エンジン）からの入力トルクに応じてベルトクランプ力（ベルトスリップ無しに入力トルクを伝達できるようなクランプ力）が算出され、ドライブ側およびドリブン側アクチュエータがこのクランプ力によりベルトを挟持（クランプ）する。このため、駆動源からの入力トルクを無段変速機構を介してベルトスリップ無しに変速して車輪に伝達できる。

一方、駆動輪がスリップした場合には、駆動源から無段変速機構に入力される入力トルクおよびクラッチの伝達トルク容量のいずれか大きい方に応じてクランプ力を算出（例えば、クラッチ伝達トルク容量より小さくなるクランプ力を算出）する。クラッチは無段変速機構と変速機出力部材との間に配設されており、上述したようにタイヤスリップ時に伝達トルクが急激に変化した場合に、この伝達トルクはクラッチを介して無段変速機構に伝達される構成である。このため、伝達トルクの変化に応じてクラッチがスリップし、無段変速機構にクラッチ伝達容量以上のトルクが伝達されることがないように構成することができる。本発明ではクラッチ伝達トルク容量に応じてクランプ力が算出されるが、クラッチ伝達トルク容量より小さくなるクランプ力を算出しておくことにより、プーリとベルトとの間のスリップが発生するのを確実に防止することができる。このことから分かるように、本発明の無段変速機では、クラッチをスリップさせることにより、ベルトクランプ力を増大させることなくベルトスリップを確実に防止することができる。

なお、本発明では、駆動輪がスリップしたときには駆動源から無段変速機構に入力される入力トルクおよびクラッチの伝達トルク容量のいずれか大きい方に応じてクランプ力を算出するようになっており、クラッチ伝達トルク容量よりエンジンからの入力トルクの方が大きいときは、この入力トルクに応じてベルトクランプ力が設定され、ベルトスリップが確実に防止できる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。図１に本発明の一実施形態に係る車両用ベルト式無段変速機を有した動力伝達装置構成を示している。この図から分かるように、この動力伝達装置は、エンジンＥと、このエンジンＥの出力軸Ｅｓにカップリング機構ＣＰを介して連結された無段変速機ＣＶＴとから構成される。無段変速機ＣＶＴは、入力軸１とカウンタ軸２との間に配設された金属Ｖベルト機構１０と、入力軸１の上に配設された前後進切換機構２０と、カウンタ軸２の上に配設された発進クラッチ（メインクラッチ）５とを備えて構成される。この無段変速機ＣＶＴは車両用として用いられ、入力軸１はカップリング機構ＣＰを介してエンジン出力軸Ｅｓと連結され、発進クラッチ５からの駆動力は、ディファレンシャル機構８から左右のアクスルシャフト８ａ，８ｂを介して左右の車輪（図示せず）に伝達される。

金属Ｖベルト機構１０は、入力軸１上に配設されたドライブ側可動プーリ１１と、カウンタ軸２上に配設されたドリブン側可動プーリ１６と、両プーリ１１，１６間に巻き掛けられた金属Ｖベルト１５とから構成される。ドライブ側可動プーリ１１は、入力軸１上に回転自在に配設された固定プーリ半体１２と、固定プーリ半体１２に対して軸方向に相対移動可能な可動プーリ半体１３とを有する。可動プーリ半体１３の側方にはシリンダ壁１２ａにより囲まれてドライブ側シリンダ室１４が形成されており、このドライブ側シリンダ室１４にコントロールバルブＣＶから油路３１を介して供給されるプーリ制御油圧により、可動プーリ半体１３を軸方向に移動させるドライブ側圧が発生される。

ドリブン側可動プーリ１６は、カウンター軸２に固定された固定プーリ半体１７と、固定プーリ半体１７に対して軸方向に相対移動可能な可動プーリ半体１８とからなる。可動プーリ半体１８の側方にはシリンダ壁１７ａにより囲まれてドリブン側シリンダ室１９が形成されており、このドリブン側シリンダ室１９にコントロールバルブＣＶから油路３２を介して供給されるプーリ制御油圧により、可動プーリ半体１８を軸方向に移動させるドリブン側圧が発生される。

上記構成から分かるように、上記両シリンダ室１４，１９への供給油圧（ドライブおよびドリブン側圧）をコントロールバルブＣＶにより制御し、ベルト１５の滑りの発生することのない側圧を与える。さらに、ドライブおよびドリブン側圧を相違させる制御を行い、両プーリのプーリ溝幅を変化させて金属Ｖベルト１５の巻き掛け半径を変化させ、変速比を無段階に変化させる制御が行われる。

前後進切換機構２０は、遊星歯車機構からなり、入力軸１に結合されたサンギヤ２１と、固定プーリ半体１２に結合されたリングギヤ２２と、後進用ブレーキ２７により固定保持可能なキャリア２３と、サンギヤ２１とリングギヤ２２とを連結可能な前進用クラッチ２５とを備える。この機構２０において、前進用クラッチ２５が係合されると全ギヤ２１，２２，２３が入力軸１と一体に回転し、エンジンＥの駆動によりドライブ側プーリ１１は入力軸１と同方向（前進方向）に回転駆動される。一方、後進用ブレーキ２７が係合されると、キャリア２３が固定保持されるため、リングギヤ２２はサンギヤ２１と逆の方向に駆動され、エンジンＥの駆動によりドライブ側プーリ１１は入力軸１と逆方向（後進方向）に回転駆動される。

発進クラッチ５は、カウンタ軸２と出力側部材すなわち動力伝達ギヤ６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂとの動力伝達を制御するクラッチであり、これが係合されると両者間での動力伝達が可能となる。このため、発進クラッチ５が係合されているときには、金属Ｖベルト機構１０により変速されたエンジン出力が動力伝達ギヤ６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂを介してディファレンシャル機構８に伝達され、ディファレンシャル機構８により分割されて左右のアクスルシャフト８ａ，８ｂを介して左右の車輪に伝達される。発進クラッチ５が解放されると、このような動力伝達は行えず、変速機は中立状態となる。このような発進クラッチ５の係合制御は、コントロールバルブＣＶから油路３３を介して供給されるクラッチ制御油圧により行われる。

以上のように構成された無段変速機ＣＶＴにおいては、コントロールバルブＣＶから油路３１，３２を介して供給されるドライブおよびドリブン側圧により変速制御が行われ、油路３３を介して供給されるクラッチ制御油圧により発進クラッチ係合制御が行われる。コントロールバルブＣＶは電気制御ユニットＥＣＵからの制御信号に基づいて作動が制御されるが、この制御のため、スロットル開度センサ３６により検出されたエンジンＥのスロットル開度信号と、車速センサ３７により検出された車速信号とが電気制御ユニットＥＣＵに送られるように構成されている。

以下に、電気制御ユニットＥＣＵにより作動制御されたコントロールバルブＣＶから油路３１，３２を介してドライブ及びドリブンシリンダ室１４，１９にドライブおよびドリブン側圧を供給して行われる変速制御について、図２に示すフローチャートを参照して説明する。

この変速制御では、まず、スロットル開度センサ３６により検出されたエンジンＥのスロットル開度θTHおよび車速センサ３７により検出された車速Ｖを読み込み（ステップＳ１）、予め設定されている目標エンジン回転マップからこのように検出された現在のスロットル開度θTHおよび車速Ｖに対応する目標エンジン回転数Ｎeoを設定する（ステップＳ２）。次に、ドライブ及びドリブン側可動プーリ１１，１６と金属Ｖベルト１５との間にスリップを発生させることなく、動力伝達を行うために必用なプーリ１１，１６による金属Ｖベルト１５のクランプトルクＴBELTを算出する（ステップＳ３）。そして、ステップＳ４において、このように算出されたベルトクランプトルクＴBELTが得られるだけの側圧を両プーリ１１，１６のいずれか一方に付与しつつ、他方の側圧をこの側圧と同圧もしくはこの側圧より高い圧力にして変速制御を行い、プーリ実際のエンジン回転数Ｎeaが目標エンジン回転数Ｎeoとなるように無段変速機ＣＶＴの変速比を無段階に変速させる制御を行う。

上記ステップＳ３におけるクランプトルクＴBELTの算出を図３のフローチャートを参照して説明する。ここでは、まず、発進クラッチ５のクラッチ伝達トルクから決まる、入力軸換算クラッチ伝達トルクＴCLを算出する（ステップＳ２１）。この算出は、電気制御ユニットＥＣＵにより作動制御されてコントロールバルブＣＶから油路３３を介して発進クラッチ５に供給されるクラッチ制御油圧ＰCLを元にして、下記式（１）により算出される。

上記式を説明すると、まずクラッチ制御油圧ＰCLからクラッチリターンスプリング力相当油圧ＰSPを減じることにより、発進クラッチ５においてクラッチプレートに作用する実油圧が算出され、これに油圧−トルク変換係数ＫCLを乗じることにより、発進クラッチ５の実伝達トルク容量を得る。さらにこれにクラッチプレートの摩擦係数のバラツキなどを考慮した安全率ＫSFを乗じて必用伝達トルク容量ＴNECを算出する。この必用伝達トルク容量ＴNECは発進クラッチ５の軸上でのトルクであるため、これを入力軸上のトルクに換算するための入力軸トルク換算係数ｉCVTを乗じれば、入力軸換算クラッチ伝達トルクＴCLを算出することができる。

次に、ステップＳ２２に進み、エンジンＥから入力軸１に入力される入力トルクＴINを算出する。これは、エンジンＥの吸気負圧および回転数からエンジングロストルクを算出し、ここから補機駆動トルク、抵抗トルク等を減算してエンジンネットトルクを算出することにより入力トルクＴINを算出する。

そして、ステップＳ２３において、エンジン回転数Ｎｅが所定回転数αより大きく、且つ、車速Ｖが所定車速βより大きいか否かが判断される。そして、エンジン回転数Ｎｅが所定回転数αより大きく、且つ、車速Ｖが所定車速βより大きい場合には、ステップＳ２４に進み、それ以外の場合にはステップＳ２９に進む。ステップＳ２４においては、無段変速機ＣＶＴの変速比ｉが所定範囲内にあるか否か、すなわち、ａ＜ｉ＜ｂであるか否かが判断され、ａ＜ｉ＜ｂの時にはステップＳ２５に進み、そうでないときにはステップＳ２９に進む。

次に、ステップＳ２５において車輪がスリップしているか否かが判断され、スリップしていると判断されるとタイマーＴＭに所定時間γがセットされ（ステップＳ２６）、ステップＳ２８に進む。なお、このフローは所定サイクル時間間隔で繰り返され、車輪スリップが無くなったと判断されたときには、ステップＳ２７においてタイマーＴＭ＝Ｏになったと判断されるまで（所定時間γが経過するまで）待った後、ステップＳ２９に進む。すなわち、車輪スリップが発生している間と、スリップがなくなってから所定時間γが経過するまでの間はステップＳ２８に進み、それ移行はステップＳ２９に進む。

そして、ステップＳ２８においては、ベルトクランプトルクＴBELTとして、ステップＳ２１で算出された入力軸換算クラッチ伝達トルクＴCLと、ステップＳ２２で算出された入力トルクＴINのいずれか大きい方の値が設定される。一方、ステップＳ２９においては、ベルトクランプトルクＴBELTとしてステップＳ２２で算出された入力トルクＴINが設定される。

このようにしてベルトクランプトルクＴBELTが設定されると、上述したように、ベルトクランプトルクＴBELTが得られるだけの側圧を両プーリ１１，１６のいずれか一方に付与しつつ、他方の側圧をこの側圧と同圧もしくはこの側圧より高い圧力にして変速制御が行われる。このため、通常走行状態、すなわち、車輪スリップのない走行状態では、エンジンＥから入力軸１に入力される入力トルクＴINに基づいてベルトクランプトルクＴBELTが設定され、ベルトスリップを発生させることなく無段変速制御が行われる。一方、車輪スリップが発生したときには、通常は入力軸換算クラッチ伝達トルクＴCLに基づいてベルトクランプトルクＴBELTが設定されるが、上述したように１．０より大きな安全率ＫSFが乗じられてベルトクランプトルクＴBELTが設定されているため、車輪スリップ発生時に伝達トルクが急激に変化したとしても、発進クラッチ５がスリップしてベルトスリップの発生が防止される。なお、入力トルクＴINが入力軸換算クラッチ伝達トルクＴCLより大きいときには入力トルクＴINに基づいてベルトクランプトルクＴBELTが設定されるので、この場合にもベルトスリップが発生することがない。

本発明に係る車両用ベルト式無段変速機を有した動力伝達装置構成を示す概略図である。 この車両用ベルト式無段変速機における変速制御内容を示すフローチャートである。 上記変速制御におけるベルトクランプトルク算出内容を示すフローチャートである。

符号の説明

Ｅ エンジン（駆動源）
ＣＶＴ 無段変速機
５ 発進クラッチ
１０ 金属Ｖベルト機構（無段変速機構）
１１ ドライブ側可動プーリ
１４ ドライブ側シリンダ室（ドライブ側アクチュエータ）
１５ 金属Ｖベルト
１６ ドリブン側可動プーリ
１９ ドリブン側シリンダ室（ドリブン側アクチュエータ）

Claims (2)

1. プーリ幅可変のドライブプーリ、プーリ幅可変のドリブンプーリ、および前記ドライブおよびドリブンプーリの間に架け渡されたベルトからなる無段変速機構と、
   前記ドリブンプーリと変速機出力部材との間に配設されて係脱制御されるクラッチと、
   前記ドライブプーリおよび前記ドリブンプーリによる前記ベルトのクランプ力をそれぞれ算出するクランプ力算出手段と、
   前記クランプ力算出手段により算出されたクランプ力により前記ベルトをクランプするように前記ドライブおよびドリブンプーリにクランプ力を付与するドライブ側およびドリブン側アクチュエータとを有し、
   駆動源の出力を前記無段変速機構により無段階に変速するとともに前記クラッチを介して前記変速機出力部材から前記駆動輪に伝達するように構成され、
   前記クランプ力算出手段は、前記駆動輪がスリップなしに走行しているときには前記駆動源から前記無段変速機構に入力される入力トルクに応じて前記クランプ力を算出し、前記駆動輪がスリップしたときには前記駆動源から前記無段変速機構に入力される入力トルクおよび前記クラッチの伝達トルク容量のいずれか大きい方に応じて前記クランプ力を算出することを特徴とする車両用ベルト式無段変速機。
2. 前記ドライブおよびドリブンプーリがそれぞれ、軸方向に固定された固定プーリ半体と、軸方向に移動可能な移動プーリ半体とから構成され、前記固定プーリ半体と前記移動プーリ半体との間に前記ベルトを挟持し、
   前記ドライブ側およびドリブン側アクチュエータがそれぞれ、前記移動プーリを前記固定プーリ半体に向けて押圧して前記ベルトを挟持する前記クランプ力を付与する油圧シリンダから構成されており、
   前記ドライブ側およびドリブン側アクチュエータを構成する前記油圧シリンダに作用させるライン圧を、前記クランプ力算出手段により算出されたクランプ力に基づいて設定することを特徴とする請求項１に記載の車両用ベルト式無段変速機。

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