JP4546612B2 - 無段変速機の変速制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車などの移動機械の変速制御に用いて好適なベルト式無段変速機の変速制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用のベルト式無段変速機（ＣＶＴ）には、駆動側のプライマリ軸に設けられたプーリ溝幅可変のプライマリプーリと、被動側つまり従動側のセカンダリ軸に設けられたプーリ溝幅可変のセカンダリプーリとの間に、金属製のベルトを掛け渡し、油圧によってプライマリプーリとセカンダリプーリのプーリ径を変化させてセカンダリ軸の回転数を無段階に変化させるようにしたものがある。
【０００３】
ＣＶＴの変速制御は、プライマリプーリに設けられたプライマリシリンダとセカンダリプーリに設けられたセカンダリシリンダとに供給される油圧を制御することにより行われており、それぞれのシリンダに供給される油圧はエンジンにより駆動されるオイルポンプで発生させている。セカンダリシリンダに供給されるライン圧つまりセカンダリ圧はセカンダリ圧調整弁により調圧し、プライマリシリンダに供給されるプライマリ圧はライン圧を元圧としてプライマリ圧調整弁により調圧するようにしている。プライマリ圧を目標変速比、変速速度に応じた値に調圧することにより、プライマリプーリの溝幅を変化させて車速が制御され、ライン圧はベルトに必要な伝達容量に見合った値に調圧される。
【０００４】
プライマリ圧はライン圧を減圧することにより調圧されるので、ライン圧を超えることはない。このため、プーリ比が増速となるようにプーリ溝幅を調節するにはプライマリプーリのクランプ力をセカンダリプーリのクランプ力よりも大きくすることが必要となるため、通常プライマリシリンダの受圧面積をセカンダリシリンダの２倍程度に大きくしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、従来のように、ライン圧を元圧としてこれを減圧して得られるプライマリ圧によってプライマリプーリの溝幅を調整するようにした場合には、ダウンシフトを行うときには、プライマリ圧の作動油をリークつまり捨ててプライマリ圧を低下させ、セカンダリシリンダにはオイルポンプからの吐出圧を流入させており、このときプライマリシリンダはプライマリ圧とプーリストロークの積で求められる仕事をするが、これは全て減圧弁であるプライマリ圧調整弁の通路抵抗として消費されることになる。
【０００６】
このように、油圧バルブであるプライマリ圧調整弁によってプーリ比の制御を行う場合には、プーリ比制御を少ない力で応答性良く変速制御を行うことができる反面、常に作動油をリークする動作を行うため、動力伝達ロスが発生し、作動油のエネルギー供給源であるオイルポンプの消費動力のうち約１／３〜１／２がＣＶＴの動力伝達ロスとなっている。
【０００７】
プライマリプーリの溝幅の調整をねじ機構を介して電動モータにより行うようにした技術が、たとえば、特開平3-213762号公報に示されるように提案されている。この場合にはモータのトルクをプライマリプーリの可動側プーリの軸方向運動に変換し、ベルトを押し付けるようにしているが、この技術はプーリ比制御に油圧シリンダを使用しない場合には有効であるが、油圧制御と組み合わせて、セカンダリプーリのクランプ力を油圧シリンダによって発生させるようにすると、ダウンシフト時には前述した従来技術と同量のシリンダ作動流量が必要となるためにポンプ損失を低減することができない。
【０００８】
また、この公報に開示されるようにクランプ力を油圧により発生させない方式では、ゴム製のベルトのようにプーリとベルトの摩擦係数が大きく、ベルトクランプ力が小さくて済む場合には可能であるが、金属製のベルトを用いたＣＶＴでは摩擦係数が小さく、大きなクランプ力が必要なので、このような方式ではねじ部やベアリングの強度が不足するために装置を大型化させなければならず、さらに大型化に伴って摩擦抵抗が増えるために油圧によりクランプ力を発生させる場合に比して不利となる。
【０００９】
本発明の目的は、ベルト式無段変速機の変速動作のためにオイルポンプで消費されるエネルギーを低減して動力伝達効率を向上させることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の無段変速機の変速制御装置は、プライマリ軸に装着されるプーリ溝幅可変のプライマリプーリと、セカンダリ軸に装着されるとともに前記プライマリプーリとの間にベルトが掛け渡されるプーリ溝幅可変のセカンダリプーリとを有する無段変速機の変速制御装置であって、前記プライマリプーリに設けられ、プライマリ油室を有するプライマリシリンダと、前記セカンダリプーリに設けられ、セカンダリ油室を有するセカンダリシリンダと、前記セカンダリ油室に油圧源からのライン圧の作動油を供給するライン圧路に連通する第１のポートおよび作動油収容部に接続された油路に連通する第２のポートを備えた可逆油圧モータと、前記プライマリ油室に接続されたプライマリ圧路に連通する第１のポートおよび前記作動油収容部に接続された油路に連通する第２のポートを備え、前記可逆油圧モータに連結される可逆油圧ポンプと、前記可逆油圧モータまたは前記可逆油圧ポンプを流れる作動油の量を変化させる可変容量機構と、前記可変容量機構の作動を制御する変速制御手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の無段変速機の変速制御装置は、プライマリ軸に装着されるプーリ溝幅可変のプライマリプーリと、セカンダリ軸に装着されるとともに前記プライマリプーリとの間にベルトが掛け渡されるプーリ溝幅可変のセカンダリプーリとを有する無段変速機の変速制御装置であって、前記プライマリプーリに設けられ、プライマリ油室を有するプライマリシリンダと、前記セカンダリプーリに設けられ、セカンダリ油室を有するセカンダリシリンダと、油圧源からのライン圧の作動油を案内するライン圧路に連通する第１のポートおよび作動油収容部に接続された油路に連通する第２のポートを備えた第１の可逆油圧モータと、前記プライマリ油室に接続されるプライマリ圧路に連通する第１のポートおよび前記作動油収容部に接続された油路に連通する第２のポートを備え、前記第１の可逆油圧モータに連結される第１の可逆油圧ポンプと、前記ライン圧路に連通する第１のポートおよび前記作動油収容部に接続される油路に連通する第２のポートを備えた第２の可逆油圧モータと、前記セカンダリ油室に接続されたセカンダリ圧路に連通する第１のポートおよび前記作動油収容部に接続された油路に連通する第２のポートを備え、前記第２の可逆油圧モータに連結された第２の可逆油圧ポンプと、前記第１の可逆油圧モータまたは前記第１の可逆油圧ポンプを流れる作動油の量を変化させる第１の可変容量機構と、前記第２の可逆油圧モータまたは前記第２の可逆油圧ポンプを流れる作動油の量を変化させる第２の可変容量機構と、それぞれの前記可変容量機構の作動を制御する変速制御手段とを有することを特徴とする。
【００１２】
本発明の無段変速機の変速制御装置においては、可変容量機構を前記可逆油圧モータまたは可逆油圧ポンプに組み込んで可変容量可逆油圧モータまたは可変容量可逆油圧ポンプとしても良く、前記可逆油圧モータまたは可逆油圧ポンプを固定容量とし、これらの間に無段変速機を設けるようにしても良い。
【００１３】
油圧源をエンジンにより駆動されるオイルポンプにより構成しても良く、電動モータにより駆動されるオイルポンプと蓄圧アキュムレータとにより構成するようにしても良い。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１はベルト式無段変速機つまりＣＶＴの駆動系の一例を示す概略図であり、図示省略したエンジンにより駆動されるクランク軸１の回転は、発進装置としてのトルクコンバータ２と前後進切換機構３とを介して無段変速機構４に伝達されるようになっている。
【００１６】
トルクコンバータ２はロックアップクラッチ５を有しており、ロックアップクラッチ５はタービン軸６に連結されている。ロックアップクラッチ５の一方側はアプライ室７ａであり、他方側はリリース室７ｂであり、リリース室７ｂ内に供給した油圧をアプライ室７ａを介して循環させることによりトルクコンバータ２は作動状態となる。一方、アプライ室７ａに油圧を供給し、リリース室７ｂ内の油圧を下げることによりロックアップクラッチ５はフロントカバー８と係合してロックアップ状態となる。このリリース室７ｂ内の圧力を調整することによりロックアップクラッチ５を滑らせるようにしたスリップ圧制御が行われる。
【００１７】
前後進切換機構３はトルクコンバータ２の出力軸であるタービン軸６の回転を無段変速機構４に正方向に伝達するための前進用クラッチ１１と、逆方向に伝達するための後退用ブレーキ１２とを有しており、クラッチ油室１１ａに油圧を供給して前進用クラッチ１１を接続状態とすると、タービン軸６の回転は無段変速機構４に正方向に伝達され、ブレーキ油室１２ａに油圧を供給して後退用ブレーキ１２を接続状態とすると逆方向に減速して伝達される。
【００１８】
無段変速機構４は前後進切換機構３に連結される入力軸つまりプライマリ軸１３と、これと平行となった出力軸つまりセカンダリ軸１４とを有している。プライマリ軸１３にはプライマリプーリ１５が設けられており、プライマリプーリ１５はプライマリ軸１３に固定された固定プーリ１５ａと、これに対向してプライマリ軸１３にボールスプラインなどにより軸方向に摺動自在に装着される可動プーリ１５ｂとを有し、プーリのコーン面間隔つまりプーリ溝幅が可変となっている。セカンダリ軸１４にはセカンダリプーリ１６が設けられており、セカンダリプーリ１６はセカンダリ軸１４に固定された固定プーリ１６ａと、これに対向してセカンダリ軸１４に可動プーリ１５ｂと同様に軸方向に摺動自在に装着される可動プーリ１６ｂとを有し、プーリの溝幅が可変となっている。
【００１９】
プライマリプーリ１５とセカンダリプーリ１６との間にはベルト１７が掛け渡されており、両方のプーリ１５，１６の溝幅を変化させて、それぞれのプーリ１５，１６に対する巻付け径の比率を変化させることにより、プライマリ軸１３の回転がセカンダリ軸１４に無段階に変速されて伝達されることになる。
【００２０】
セカンダリ軸１４の回転は減速歯車およびディファレンシャル装置１８を有する歯車列を介して車輪１９ａ，１９ｂに伝達されるようになっており、前輪駆動車の場合には、車輪１９ａ，１９ｂは前輪となる。このようなＣＶＴの駆動系の基本構造は、たとえば、特開平10-325458 号公報に開示されている。
【００２１】
プライマリプーリ１５の溝幅を変化させるために、プライマリ軸１３には円筒部とディスク部とを有するプランジャ２１が固定され、このプランジャ２１の外周面に摺動自在に接触するプライマリシリンダ２２が可動プーリ１５ｂに固定されており、プランジャ２１と可動プーリ１５ｂとの間にはプライマリ油室２３が形成されている。
【００２２】
セカンダリプーリ１６の溝幅を変化させるために、セカンダリ軸１４にはテーパー状の円筒部を有するプランジャ２４が固定され、このプランジャ２４の外周面に摺動自在に接触するセカンダリシリンダ２５が可動プーリ１６ｂに固定されており、プランジャ２４と可動プーリ１６ｂとの間にはセカンダリ油室２６が形成されている。
【００２３】
プライマリシリンダ２２内のプライマリ油室２３内に作動油を供給してその容積を大きくすると、可動プーリ１５ｂはシリンダ２２とともに固定プーリ１５ａ側に移動してプーリ溝幅が狭くなり、容積を小さくするとプーリ溝幅が広くなる。また、セカンダリシリンダ２５内のセカンダリ油室２６内に作動油を供給してその容積を大きくする、可動プーリ１６ｂはシリンダ２５とともに固定プーリ１６ａ側に移動してプーリ溝幅が狭くなり、容積を小さくするとプーリ溝幅が広くなる。
【００２４】
図２はプライマリシリンダ２２およびセカンダリシリンダ２５に作動油を供給して変速操作を行うための油圧回路図であり、エンジンにより駆動される主油圧ポンプつまりオイルポンプ２７の吐出口はライン圧路２８を介してライン圧調整弁２９の調圧ポートに接続され、このライン圧調整弁２９によってライン圧（セカンダリ圧）が調整されるようになっている。ライン圧路２８はセカンダリシリンダ２５内のセカンダリ油室２６に連通されており、ライン圧はセカンダリプーリ１６のベルトクランプ力を発生させる。
【００２５】
ライン圧路２８は可変容量可逆油圧モータ３０の第１のポート３１ａに接続されており、ライン圧は油圧モータ３０にトルクを発生させることができる。油圧モータ３０は連結軸３２により可逆油圧ポンプ３３に連結されており、油圧モータ３０の発生トルクにより可逆油圧ポンプ３３を駆動することができる。油圧ポンプ３３の第１のポート３４ａはプライマリ圧路３５によりプライマリシリンダ２２内のプライマリ油室２３に連通されており、油圧ポンプ３３から吐出するプライマリ圧によってプライマリプーリ１５のクランプ力を発生させることができる。
【００２６】
油圧モータ３０の第２のポート３１ｂおよび油圧ポンプ３３の第２のポート３４ｂは、オイルパン３６内の作動油をオイルポンプ２７の流入口にストレーナ３７を介して供給する流入油路に対して案内油路３８により接続されており、この案内油路３８の接続端はストレーナ３７とオイルポンプ２７の流入口との間となっている。
【００２７】
油圧モータ３０と油圧ポンプ３３はいずれも可逆式となっており、プライマリプーリ１５の溝幅を狭くする際にプライマリ油室２３内に作動油を供給するときには、第１のポート３１ａから流入するライン圧によって油圧モータ３０が駆動され、油圧モータ３０によって油圧ポンプ３３が駆動されて作動油収容部としてのオイルパン３６内の作動油がプライマリ圧に加圧されてプライマリ油室２３内に供給される。
【００２８】
一方、プライマリプーリ１５の溝幅を広くする際にプライマリ油室２３内から作動油を排出するときには、油圧ポンプ３３は油圧モータとして機能して第１のポート３４ａから流入する作動油によって油圧ポンプ３３が駆動され、油圧ポンプとして機能する油圧モータ３０が油圧ポンプ３３により駆動されて第１のポート３１ａからライン圧路２８に作動油が吐出される。ライン圧路２８内に流入した作動油は、オイルポンプ２７からの作動油とともにセカンダリ油室２６内に供給される。
【００２９】
このように、油圧モータ３０と油圧ポンプ３３はそれぞれ可逆式つまり油圧モータと油圧ポンプとしての機能を有する油圧モータポンプとなっている。
【００３０】
ライン圧調整弁２９のドレインポートとオイルポンプ２７の流入口との間には潤滑圧調整弁３９が設けられ、潤滑圧路４１に供給される潤滑圧がライン圧調整弁２９のドレイン圧を元圧として調整され、潤滑圧の作動油が前後進切換機構３の潤滑部やベルト１７の潤滑部などに供給されるようになっている。また、ライン圧路２８にはクラッチ圧調整弁４２が接続されており、クラッチ圧調整弁４２によりクラッチ圧がライン圧を元圧として調整されるようになっている。このクラッチ圧の作動油はクラッチ圧路４２ａを介して前後進切換機構３の前進用クラッチ１１のクラッチ油室１１ａと後退用ブレーキ１２のブレーキ油室１２ａとロックアップクラッチ５のアプライ室７ａとに供給されるようになっている。
【００３１】
クラッチ圧および潤滑圧の作動油を前後進切換機構３などに供給するための油圧回路は、前述した特開平10-325458 号公報に開示されたものと同様である。
【００３２】
図３は油圧モータ３０とこれに連結軸３２により連結された油圧ポンプ３３を示す断面図であり、図４は図３におけるIV−IV線に沿う方向の油圧モータ３０の断面図であり、図５は図３におけるＶ−Ｖ線に沿う方向の油圧ポンプ３３の断面図である。
【００３３】
連結軸３２を回転自在に収容するケーシング４３にはその一端部に固定されるカバー４４内に油圧モータ３０が組み込まれ、他端部に固定されるカバー４５内に油圧ポンプ３３が組み込まれている。連結軸３２の一端に取り付けられた油圧モータ３０のロータ４６がケーシング４３内に回転自在に収容され、ロータ４６には径方向に往復動自在に複数枚のベーン４７が装着されている。ロータ４６の外側にはカムリング４８が配置され、ベーン４７はカムリング４８の内周面に沿って摺動するようになっており、ロータ４６の外周面とカムリング４８の内周面との間に形成される油室には、ライン圧路２８が接続される第１のポート３１ａと、案内油路３８が接続される第２のポート３１ｂに連通している。
【００３４】
これにより、ライン圧路２８から第１のポート３１ａを介して油室内に流入する作動油の流体エネルギーがロータ４６の回転運動エネルギーに変換されて、図４において矢印で示す方向にロータ４６が回転駆動される。
【００３５】
カムリング４８はピン５１によりケーシング４３に回動自在に装着されており、それぞれのベーン４７をカムリング４８の内周面に押し付けるために、ロータ４６の両端面に形成された段部には支持リング５２が組み付けられている。したがって、カムリング４８をピン５１を中心に回動させると、カムリング４８のロータ４６に対する偏心量が変化し、吐出容量を変化させることができ、油圧モータ３０は可変容量式となっている。
【００３６】
偏心量を変化させるために、変速用の電動モータ５３により回転駆動される雄ねじ軸５４が連結軸３２に対して直角方向となってケーシング４３に設けられ、この雄ねじ軸５４にねじ結合されてこれの軸方向に移動するスライダ５５は、カムリング４８に係合している。スライダ５５にはカムリング４８に設けられた突起部５６が入り込む係合溝５７が形成され、スライダ５５に固定された係合ピン５８は突起部５６に形成された溝に係合している。
【００３７】
このように、変速用の電動モータ５３、雄ねじ軸５４およびスライダ５５からなるタンジェントスクリュー機構によりカムリング４８のロータ４６に対する偏心量が調整される。スライダ５５を雄ねじ軸５４にねじ結合するようにしたタンジェントスクリュー機構は、電動モータ５３の回転をスライダ５５に伝達し、スライダ５５の軸方向の負荷によって雄ねじ軸５４が回転しないような不可逆機構となっている。
【００３８】
連結軸３２の他端部に固定された油圧ポンプ３３のロータ６１がケーシング４３内に回転自在に収容され、ロータ６１には径方向に往復動自在に複数枚のベーン６２が装着されている。ロータ６１の外側にはカムリング６３が配置され、ベーン６２はカムリング６３の内周面に沿って摺動するようになっており、カムリング６３は固定ピン６４によりケーシング４３に固定されて回転が規制されている。それぞれのベーン６２をカムリング６３の内周面に押し付けるために、ロータ６１の両端面に形成された段部には支持リング６５が組み付けられている。これにより、油圧ポンプ３３は固定容量式のベーンポンプとなっている。
【００３９】
ロータ６１の外周面とカムリング６３の内周面との間に形成される油室には、プライマリ圧路３５が接続される第１のポート３４ａと、案内油路３８が接続される第２のポート３４ｂとが連通している。
【００４０】
したがって、連結軸３２によりロータ４６が図４において矢印で示す方向に回転駆動されると、回転運動エネルギーが流体エネルギーに変換されて、プライマリ圧路３５が接続された第１のポート３４ａからプライマリ圧の作動流体を吐出する。
【００４１】
一方、第１のポート３４ａから流入するプライマリ圧によって油圧ポンプ３３のロータ６１が図５における矢印の方向とは逆の方向に回転駆動されると、油圧モータとして機能して図４に示す油圧モータ３０を矢印とは逆の方向に回転駆動する。このときには、ライン圧路２８には作動油が吐出される。
【００４２】
したがって、コントロールユニットからの制御信号によって、ライン圧調整弁２９のソレノイドに制御信号を送ってライン圧を調整するとともに、変速用の電動モータ５３に制御信号を送ってプライマリ圧を調整することにより、走行状況に応じた変速制御を行うことができる。
【００４３】
それぞれの支持リング５２，６５は、吐出圧に抗してベーン４７，６２をカムリング４８，６３の内周面に押し付けてベーンの先端からの作動油の漏れを防止する機能を有しているが、適用によっては作動油が高油圧となり、支持リング５２，６５の弾性力だけではベーンとカムリングの接触を維持できない場合がある。そのような場合には、ベーンの内径側に油圧を導くことによってその油圧によりベーンを外径方向に押し出すことができる。
【００４４】
図６は上述のように油圧によってベーン４７，６２を押し出すようにしたタイプの油圧モータ３０および油圧ポンプ３３の変形例を示す断面図であり、油圧モータ３０についてはカバー４４に形成された油路６６によりライン圧をベーン４７の内径側に導くようにし、油圧ポンプ３３についてはカバー４５に形成された油路６７によりプライマリ圧をベーン６２の内径側に導くようにしている。
【００４５】
図７は変速用の電動モータ５３に指示値を入力してＣＶＴを変速制御するためのコントロールユニット７０を示すブロック図であり、エンジン回転数信号７１、スロットル開度信号７２、プライマリ回転数信号７３、セカンダリ回転数信号７４、レンジスイッチ信号７５、ブレーキスイッチ信号７６、油温センサ信号７７、ライン圧センサ信号７８に基づいて変速用の電動モータ５３に制御信号が送られるようになっている。
【００４６】
入力トルク計算部８１は、エンジン回転数信号７１、スロットル開度信号７２およびプライマリ回転数信号７３によりエンジントルクを演算しており、エンジン回転数とプライマリ回転数の比によりトルクコンバータなどの発進装置の影響を考慮している。
【００４７】
目標プーリ比設定部８２は、スロットル開度信号７２、レンジスイッチ信号７５およびブレーキスイッチ信号７６などの運転者の操作信号と、プライマリ回転数信号７３、セカンダリ回転数信号７４および油温センサ信号７７などの状態信号から目標とするプーリ比を演算して出力する。
【００４８】
実プーリ比計算部８３は、プライマリ回転数信号７３およびセカンダリ回転数信号７４により実際のプーリ比を演算する。
【００４９】
目標油圧比設定部８４は、入力トルク計算部８１により求められた入力トルク信号と、ライン圧センサ信号７８と、目標プーリ比設定部８２により演算された目標プーリ比信号と、実プーリ比計算部８３により求められる実プーリ比信号とに基づいて、目標プーリ比を実現するための油圧比（プライマリ油室２３とセカンダリ油室２６の油圧比）を出力する。
【００５０】
モータ制御部８５は目標油圧比から算出される油圧モータ３０の偏心量を実現するように変速用の電動モータ５３を制御するとともに、実プーリ比と目標プーリ比との偏差によるＰＩＤ演算部８６からの出力により変速用の電動モータ５３を補正制御して目標プーリ比を達成する。
【００５１】
可変容量可逆油圧モータ３０に作用するライン圧をＰs とし、油圧モータ３０の１回転当たりの吐出体積をＤm （可変）とすると、この油圧モータ３０の発生トルクＴg は(1) 式で表される。
【００５２】
発生トルクＴg ＝Ｐs ×Ｄm ／２／π …(1)
一方、可逆油圧ポンプ３３がプライマリ圧Ｐp を発生するために必要なトルクＴn は、油圧ポンプ３３の１回転当たりの吐出体積をＤp とする、次の(2) 式で表される。
【００５３】
必要トルクＴn ＝Ｐp ×Ｄp ／２／π …(2)
上記可変容量可逆油圧モータ３０と可逆油圧ポンプ３３は、連結軸３２により連結されているので、トルクの釣り合いより次の(3) 式が導かれる。
【００５４】
Ｐs ×Ｄm ＝Ｐp ×Ｄp …(3)
(3) 式を変形して、プライマリ圧Ｐp を表示すると、(3a)式となる。
【００５５】
Ｐp ＝（Ｄm ／Ｄp ）×Ｐs …(3a)
(3a)式よりＤm を制御することによりプライマリ圧Ｐp を可変制御できることが分かる。
【００５６】
外的要因により入力トルクに変動が発生すると、制御回路はベルトクランプ力を最適に維持するためにライン圧Ｐs を加減し、変速比を安定させるためにプライマリ圧Ｐp も油圧比Ｐp ／Ｐs が一定となるように追従させなければならないが、(3a)式で示されるように、油圧モータ／油圧ポンプの容量比が油圧比を規定しており、ライン圧Ｐs が変動しても自動的にプライマリ圧Ｐp が追従するので変速比の安定性を向上させることができる。
【００５７】
また、タンジェンシャルスクリュー機構はロータの不可逆機構であり、走行中に変速用のモータ５３の断線などによりトルクを失ってもカムリング４８はその位置を維持するので急変速が発生せず安全である。
【００５８】
次に、変速過程の動的挙動を説明する。
【００５９】
アップシフトはプライマリ圧Ｐp を上昇させることで行われ、カムリング４８を図４に矢印Ｕ方向に変位させることで達成できる。この際、油圧モータ３０はライン圧を消費しながら油圧ポンプ３３を駆動し、油圧ポンプ３３がプライマリシリンダ２２内にプライマリ圧Ｐp を送り込むことでプライマリプーリ１５のプーリ溝幅を変位させる。そして、プライマリ圧Ｐp とライン圧Ｐs の関係が(3a)式を満たしたときに油圧モータ３０の作動が止まり平衡に達する。
【００６０】
一方、ダウンシフトの際には、カムリング４８を図４において矢印Ｄで示す方向に変位させると、油圧モータ３０のトルクが減少してトルクの平衡が崩れる。すなわち、プライマリ圧Ｐp によって油圧ポンプ３３の反力が大きくなるために可逆油圧ポンプ３３はプライマリ圧Ｐp により逆転トルクを発生し、油圧モータ３０を逆転駆動することになり、油圧モータ３０からライン圧路２８に作動油を戻すことになる。つまり、ダウンシフトの際には油圧ポンプ３３は油圧モータとして機能し、油圧モータ３０は油圧ポンプとして機能することになる。
【００６１】
従来では急ブレーキ時などには急激なダウンシフトが要求されるためにオイルポンプ２７はセカンダリシリンダ２５のストローク速度に対応できるだけの容量に設定する必要があるが、本発明によれば、ダウンシフトの場合には油圧モータ３０の逆転作用（ポンプとしての作用）により供給流量がアシストされるので、オイルポンプ２７の容量を小さく設定してもダウンシフトの速度不足が発生することはない。オイルポンプ２７は常時駆動されるためにこのポンプを小さくすることは、ＣＶＴのロストルクを減少させて燃費を改善する効果がある。
【００６２】
次に、ダウンシフトの際の作動流量のアシスト作用を図８および図９を参照して具体的に説明する。
【００６３】
図８はあるベルト式ＣＶＴのプーリ比に対するプライマリプーリ１５とセカンダリプーリ１６のプーリ溝幅の変位量つまりそれぞれの可動プーリ１５ｂ，１６ｂの変位量を示す。図８においては、オーバードライブＯＤのときにおけるプーリの位置を０として、プライマリプーリ１５の変位であるプライマリストローク１５Ｓと、セカンダリプーリ１６の変位であるセカンダリストローク１６Ｓの変化を示しており、ＯＤからＬＯＷへ変速する際のプライマリストロークとセカンダリストロークは一致しておらず、単純な対向ピストンとは異なる性質を持っていることが示される。このため、変速時の作動油の流量を数式により検証することは困難であり、諸元を仮定した数値計算により作動油の流量変化を示すと、図９のように示すことができる。
【００６４】
図９は一定の減速度でダウンシフトする際における作動油の流量をシミュレーションして示す特性線図であり、一点鎖線ｉはエンジン回転数が必要最低限の値を維持する減速度でダウンシフトさせたときのプーリ比ｉの変化を示しており、プーリ比ｉの変化ｉ(t) はセカンダリ回転数の初期値をＮS0、減速度をｇ、プライマリ回転数をＮP0（一定値) とすると、以下の(4) 式で表されるような双曲線となる。
【００６５】
ｉ(t) ＝ＮP0／（ＮS0−ｇ・t) …(4)
このような減速度でプーリ比ｉを変化させるには、プライマリシリンダ２２内のプライマリ油室２３からは細線Ｑｐで示すように作動油を排出させる必要があり、セカンダリシリンダ２５内のセカンダリ油室２６内には破線Ｑｓで示すように作動油を供給する必要がある。
【００６６】
前述した従来技術では、セカンダリシリンダ２５内に破線Ｑｓで示す必要供給油量をオイルポンプ２７から直接供給しなければならず、オイルポンプ２７はその必要供給油量を持つ容量としなければならない。
【００６７】
これに対して、本発明にあっては、ダウンシフトの時にはプライマリシリンダ２２から排出される油圧によって油圧ポンプ３３を油圧モータとして駆動することにより、油圧ポンプとして機能する油圧モータ３０からライン圧路２８に戻された作動油をセカンダリシリンダ２５内に供給することができ、オイルポンプ２７からは太線Ｑinv で示す少ないポンプ容量をセカンダリシリンダ２５内に供給するだけで、急激なダウンシフトを達成することができる。
【００６８】
この変速操作時には、変速用の電動モータ５３は直接油圧を発生させることなく、かつタンジェントスクリュー機構による倍力効果と、雄ねじと雌ねじとのねじ結合による不可逆性によりロータ反力でスライダー５５の位置が変わらないことによる姿勢保持効果とが得られるため、小型の電動モータ５３で変速操作を行うことができる。
【００６９】
本発明の供給油量Ｑinv は次のように求められる。つまり、ダウンシフトの際の油圧ポンプ３３の逆転回転数Ｎ(t) はプライマリシリンダ２２からの吐出流量ＱｐをＱp(t)として、以下の(5) 式で表される。
【００７０】
Ｎ(t) ＝Ｑp(t)／Ｄｐ …(5)
油圧モータ３０が逆転駆動されてライン圧路２８に供給する流量Ｑ(t) は、可変容量可逆油圧モータ３０の容量をＤm(t)として以下の(6) 式で表される。
【００７１】
Ｑ(t) ＝Ｎ(t) ×Ｄm(t)＝Ｑp(t)×Ｄm(t)／Ｄｐ …(6)
ここで、可変容量可逆油圧モータ３０の容量Ｄm(t)は所定の変速速度が得られるような時間変化を与えてある。本発明の特性線Ｑinv は特性線Ｑｓで示されるセカンダリストロークに必要な流量をＱs(t)として、Ｑ(t) −Ｑs(t)をプロットして得られる。
【００７２】
前述した油圧モータ３０および油圧ポンプ３３としては、図示した形式に限定されることなく、たとえば、固定容量可逆油圧ポンプとしてはベーン式の他に、内接あるいは外接ギヤ式、アキシャルピストン式、ラジアルピストン式などを用いることができる。また、可変容量可逆油圧モータとしては、ベーン式に加えてアキシャルピストン式やラジアルピストン式を用いることができる。
【００７３】
（実施の形態２）
図１０は本発明の他の実施の形態である変速制御装置における油圧回路図であり、図１０は実施の形態１における図２に対応した部分が示されている。
【００７４】
この場合には油圧モータ３０は、実施の形態１では可変容量可逆油圧モータであるのに対して、固定容量の可逆油圧モータとなっており、油圧ポンプ３３に連結された連結軸３２ａと油圧モータ３０に連結された連結軸３２ｂとの間には、無段変速機９１が設けられ、この無段変速機９１はコントロールユニット７０からの信号により変速比が制御される。
【００７５】
図１１は無段変速機９１を示す断面図であり、ケーシング９２には油圧モータ３０のロータに連結された連結軸３２ｂが回転自在に装着されるとともに、油圧ポンプ３３のロータに連結された連結軸３２ａが回転自在に装着されており、一方の連結軸３２ｂには円錐体９３が固定され、他方の連結軸３２ａには円錐体９４が軸方向に摺動自在に装着されている。それぞれの円錐体９３，９４の外周面により形成された母線は平行となっており、一方の円錐体９４には連結軸３２ａの先端に向けて圧縮コイルばね９５によりばね力が加えられ、予圧が与えられている。
【００７６】
両方の円錐体９３，９４の間には母線のなす平行線と平行に送りねじ軸９６が配置され、この送りねじ軸９６はケーシング９２に回転自在に取り付けられ、電動モータ９７により回転駆動されるようになっている。送りねじ軸９６にはスリーブ９８がねじ結合され、このスリーブ９８は電動モータ９７によって軸方向に往復動自在となっている。スリーブ９８にはボール９９ａ，９９ｂが回転可能に支持されており、ボール９９ａは円錐体９４の外周面に接触し、ボール９９ｂは円錐体９３の外周面に接触している。
【００７７】
したがって、電動モータ９７によって送りねじ軸９６を回転駆動すると、スリーブ９８が軸方向に移動してボール９９ａ，９９ｂと円錐体９３，９４の接触位置が変化する。それぞれの接触部位はばね９５により動力伝達に必要な強さで押し付けられており、接触位置の変化に伴って両方の連結軸３２ａ，３２ｂの間の変速比を変更することができる。
【００７８】
連結軸３２ａの回転数をＮ1 、連結軸３２ｂの回転数をＮ2 とし、無段変速機９１の変速比をｉa （＝Ｎ2 ／Ｎ1 ）とすると、連結軸３２ａにおける釣り合いにより、前述した(3) 式は以下の(3b)式のようになる。
【００７９】
Ｐs ×Ｄm ＝Ｐp ×Ｄp ×ｉa …(3b)
この式を変形すると、プライマリ圧は以下の式(7) で表される。
【００８０】
Ｐp ＝Ｐs ×Ｄm ／Ｄp ／ｉa …(7)
(7) 式から分かるように、油圧モータ３０、油圧ポンプ３３とも固定容量式にも拘わらず、変速比ｉa を制御することにより、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００８１】
一般に、固定容量の油圧ポンプおよび油圧モータは容量可変式に比べて効率が良いので、消費流量を少なくすることができ、オイルポンプ２７をより小型化するきとができる。また、無段変速機９１はトルクを伝達しながら軸が回転していない場合でもスリーブ９８に設けられたボール９９ａ，９９ｂの相対回転により変速可能という特徴を持ち、油圧ポンプと油圧モータ相互間の動力伝達に有効に機能する。たとえば、変速比が一定のときには、両方の連結軸３２ａ，３２ｂは停止しており、ベルト式やトロイダル式などの通常の無段変速機では、変速が著しく遅くなるために、プライマリ圧を素早く変化させることができず、油圧応答性を損なうことになる。これに対して、図１１に示す無段変速機９１を用いることにより、入出力軸の回転数によらない変速応答が得られるため走行性を損なうことはない。
【００８２】
（実施の形態３）
図１２は本発明の他の実施の形態である変速制御装置における油圧回路図であり、この場合には主油圧ポンプとしてのオイルポンプ２７ａは電動モータ１０１により駆動されるようになっており、調圧弁２９ａにより一定圧に調圧されてライン圧をライン圧路２８に吐出する。オイルポンプ２７ａは電動モータ１０１により駆動されるので、エンジン駆動の場合に比してライン圧の圧力変動が小さく、調圧弁２９ａは内臓されたばねにより調圧を行い、前述したライン圧調整弁２９のように比例制御を行わない。
【００８３】
ライン圧路２８には蓄圧アキュムレータ１０２が接続されており、過剰な作動油を蓄圧して高速動作の際にライン圧路２８に作動油を放出する。したがって、オイルポンプ２７ａを駆動する電動モータ１０１は必要時のみ作動させることができる。つまり、電動モータ１０１は、油圧センサ１０３の検出値が設定値以下となったときに作動し、設定値以上の場合には回転を休止する。
【００８４】
ライン圧路２８は第１の可逆油圧モータ３０ｂの第１のポート３１ａに接続され、この可逆油圧モータ３０ｂの第２のポート３１ｂには作動油収容部としてのオイルパン３６に接続された案内油路３８が接続されている。したがって、ライン圧は可逆油圧モータ３０ｂにトルクを発生させることができる。
【００８５】
可逆油圧モータ３０ｂは連結軸３２ｃにより可変容量可逆油圧ポンプ３３ｂに連結されており、油圧モータ３０ｂの発生トルクにより油圧ポンプ３３ｂを駆動することができる。油圧ポンプ３３ｂの第１のポート３４ａにはプライマリ圧路３５が接続されており、油圧ポンプ３３ｂの第２のポート３４ｂには案内油路３８が接続されている。したがって、油圧ポンプ３３ｂを油圧モータ３０ｂによって駆動することにより、プライマリ圧を発生させることができる。
【００８６】
ライン圧路２８は第２の可逆油圧モータ３０ｃの第１のポート３１ａに接続され、この可逆油圧モータ３０ｃの第２のポート３１ｂには案内油路３８が接続されている。したがって、ライン圧は可逆油圧モータ３０ｃにトルクを発生させることができる。
【００８７】
可逆油圧モータ３０ｃは連結軸３２ｄにより可変容量可逆油圧ポンプ３３ｃに連結されており、油圧モータ３０ｃの発生トルクにより油圧ポンプ３３ｃを駆動することができる。油圧ポンプ３３ｃの第１のポート３４ａにはセカンダリ油室２６に連通されるセカンダリ油路２８ａが接続されており、油圧ポンプ３３ｃの第２のポート３４ｂには案内油路３８が接続されている。したがって、油圧ポンプ３３ｃを油圧モータ３０ｃによって駆動することにより、セカンダリ圧を発生させることができる。
【００８８】
図１２に示す変速制御装置にあっては、コントロールユニット７０からの信号により、それぞれの可変容量可逆油圧ポンプ３３ｂ，３３ｃと電動モータ１０１作動が制御され、油圧センサ１０３の検出信号はコントロールユニット７０に送られるようになっている。
【００８９】
図１２に示す場合には、前述したそれぞれの実施の形態と相違し、油圧ポンプ３３ｂ，３３ｃに可変容量機構を組み込むようにしており、プライマリ圧Ｐp とセカンダリ圧Ｐs はライン圧をＰL とすると、以下の式(8),(9) で表される。
【００９０】
Ｐp ＝Ｄm1／Ｄp1×ＰL …(8)
Ｐs ＝Ｄm2／Ｄp2×ＰL …(9)
ここでポンプ要素（Ｄp1、Ｄp2）を容量可変とすると、容量を減じることにより高圧が得られることが分かる。そのため、主油圧ポンプであるオイルポンプ２７ａの吐出圧が低圧であってもプーリを作動させるために高圧を作り出すことができる。
【００９１】
この場合には、オイルポンプ２７ａの吐出圧をクラッチやトルクコンバータの作動圧となるように設定すればこれらを作動させるための油圧回路構成を簡略化することができる。つまり、図２に示す場合には、ライン圧調整弁２９によってセカンダリ油室２６に供給されるライン圧を調圧するようにし、クラッチやブレーキに対して供給されるクラッチ圧をクラッチ圧調整弁４２によってライン圧を減圧して調圧する必要があるが、図１２に示す場合には、オイルポンプ２７ａによってクラッチ圧を発生させるようにすれば、オイルポンプ２７ａを駆動するための損失を低減させることができる。
【００９２】
また、ライン圧を一定とすることができるので、ライン圧路２８に蓄圧アキュムレータ１０２を設置することができる。ＣＶＴの作動要素であるクラッチシリンダやプーリ駆動用のシリンダなどはいずれも作動油量が受圧面積と作動ストロークの積で決まるため、アキュムレータ１０２に必要な体積を蓄圧しておけば、オイルポンプ２７ａの吐出量を増やすことなく、作動速度に必要な油量を供給することができる。
【００９３】
図１２に示す連結軸３２ｃ，３２ｄに図１０に示す無段変速機９１を設けるようにして、それぞれの可変容量可逆油圧ポンプ３３ｂ，３３ｃを容量固定式の可逆油圧ポンプとするようにしても良く、可変容量可逆油圧ポンプ３３ｂ，３３ｃを固定容量式とし、可逆油圧モータ３０ｂ，３０ｃを可変容量式の可逆モータとしても良い。同様に、図２に示す可変容量可逆油圧モータ３０を固定容量式として、可逆油圧ポンプ３３を可変容量式としても良い。
【００９４】
また、いずれの実施の形態にあっても、主油圧ポンプとしてのオイルポンプ２７，２７ａはエンジンにより駆動するようにしても、電動モータにより駆動するようにしても良い。
【００９５】
本発明は前記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。たとえば、ベルト式無段変速機の駆動系については、図１に示す場合に限られず、トルクコンバータ２を有しないタイプなど種々のタイプのものに対して本発明を適用することができる。
【００９６】
【発明の効果】
本発明によれば、プライマリプーリの溝幅を狭くしてシフトアップする際にはライン圧によって可逆油圧モータを駆動し、この可逆モータにより可逆油圧ポンプを駆動することによって作動油がプライマリ油室内に供給される。一方、プライマリプーリの溝幅を広くしてシフトダウンする際にはプライマリ油室から排出される作動油によって駆動される可逆油圧ポンプを介して可逆油圧モータを駆動してここから吐出される作動油をセカンダリ油室内に供給することができる。これにより、オイルポンプで消費されるエネルギーを低減して動力伝達効率を向上させることができるとともに、変速制御のために必要となるエネルギーを少なくすることができる。
【００９７】
本発明によれば、シフトアップするためにプライマリ油室に作動油を供給する際には、ライン圧によって駆動される第１の可逆油圧モータを介して第１の可逆油圧ポンプを駆動して作動油をプライマリ油室に供給し、セカンダリ油室内から排出される作動油によって第２の可逆油圧ポンプを介して第２の可逆油圧モータを駆動し、ここから吐出される作動油をライン圧路に戻す。一方、シフトダウンする際には、プライマリ油室から排出される作動油によって駆動される第１の可逆油圧ポンプを介して第１の可逆油圧モータを駆動し、ここから吐出される作動油をライン圧路に吐出する。ライン圧路に吐出された作動油によって第２の可逆モータを介して第２の可逆油圧ポンプが駆動されてセカンダリ油室内に作動油が供給される。これにより、オイルポンプで消費されるエネルギーを低減して動力伝達効率を向上させることができるとともに、変速制御のために必要となるエネルギーを少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ベルト式無段変速機の駆動系の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施の形態である無段変速機の変速制御装置における油圧回路図である。
【図３】図２に示された可逆油圧モータと可逆油圧ポンプを示す断面図である。
【図４】図３におけるIV−IV線に沿う方向の可逆油圧ポンプを示す断面図である。
【図５】図３におけるＶ−Ｖ線に沿う方向の油圧モータの断面図である。
【図６】可逆油圧ポンプと可逆油圧モータの変形例を示す断面図である。
【図７】変速制御を行うためのコントロールユニットを示すブロック図である。
【図８】変速動作がなされるときにおけるプーリの変位量を示す線図である。
【図９】無段変速機をダウンシフトするときにおける作動油の流量を示す特性線図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態である変速制御装置における油圧回路図である。
【図１１】図１０に示された無段変速機を示す断面図である。
【図１２】本発明の他の実施の形態である変速制御装置における油圧回路図である。
【符号の説明】
１３ プライマリ軸
１４ セカンダリ軸
１５ プライマリプーリ
１６ セカンダリプーリ
１７ ベルト
２２ プライマリシリンダ
２３ プライマリ油室
２４ プランジャ
２５ セカンダリシリンダ
２６ セカンダリ油室
２７，２７ａ オイルポンプ
２８ ライン圧路
２９ ライン圧調整弁
３０ 可変容量可逆油圧モータ
３１ａ 第１のポート
３１ｂ 第２のポート
３２ 連結軸
３３ 可逆油圧ポンプ
３４ａ 第１のポート
３４ｂ 第２のポート
３５ プライマリ圧路
３６ オイルパン（作動油収容部）
３８ 案内油路
７０ コントロールユニット（変速制御手段）

Claims (6)

1. プライマリ軸に装着されるプーリ溝幅可変のプライマリプーリと、セカンダリ軸に装着されるとともに前記プライマリプーリとの間にベルトが掛け渡されるプーリ溝幅可変のセカンダリプーリとを有する無段変速機の変速制御装置であって、
   前記プライマリプーリに設けられ、プライマリ油室を有するプライマリシリンダと、
   前記セカンダリプーリに設けられ、セカンダリ油室を有するセカンダリシリンダと、
   前記セカンダリ油室に油圧源からのライン圧の作動油を供給するライン圧路に連通する第１のポートおよび作動油収容部に接続される油路に連通する第２のポートを備えた可逆油圧モータと、
   前記プライマリ油室に接続されたプライマリ圧路に連通する第１のポートおよび前記作動油収容部に接続された油路に連通する第２のポートを備え、前記可逆油圧モータに連結される可逆油圧ポンプと、
   前記可逆油圧モータまたは前記可逆油圧ポンプを流れる作動油の量を変化させる可変容量機構と、
   前記可変容量機構の作動を制御する変速制御手段とを有することを特徴とする無段変速機の変速制御装置。
2. プライマリ軸に装着されるプーリ溝幅可変のプライマリプーリと、セカンダリ軸に装着されるとともに前記プライマリプーリとの間にベルトが掛け渡されるプーリ溝幅可変のセカンダリプーリとを有する無段変速機の変速制御装置であって、
   前記プライマリプーリに設けられ、プライマリ油室を有するプライマリシリンダと、
   前記セカンダリプーリに設けられ、セカンダリ油室を有するセカンダリシリンダと、
   油圧源からのライン圧の作動油を案内するライン圧路に連通する第１のポートおよび作動油収容部に接続された油路に連通する第２のポートを備えた第１の可逆油圧モータと、
   前記プライマリ油室に接続されたプライマリ圧路に連通する第１のポートおよび前記作動油収容部に接続された油路に連通する第２のポートを備え、前記第１の可逆油圧モータに連結される第１の可逆油圧ポンプと、
   前記ライン圧路に連通する第１のポートおよび前記作動油収容部に接続された油路に連通する第２のポートを備えた第２の可逆油圧モータと、
   前記セカンダリ油室に接続されたセカンダリ圧路に連通する第１のポートおよび前記作動油収容部に接続された油路に連通する第２のポートを備え、前記第２の可逆油圧モータに連結される第２の可逆油圧ポンプと、
   前記第１の可逆油圧モータまたは前記第１の可逆油圧ポンプを流れる作動油の量を変化させる第１の可変容量機構と、
   前記第２の可逆油圧モータまたは前記第２の可逆油圧ポンプを流れる作動油の量を変化させる第２の可変容量機構と、
   それぞれの前記可変容量機構の作動を制御する変速制御手段とを有することを特徴とする無段変速機の変速制御装置。
3. 請求項１または２記載の無段変速機の変速制御装置において、前記可逆油圧モータまたは前記可逆油圧ポンプは可変容量機構が組み込まれた可変容量可逆油圧モータまたは可変容量可逆油圧ポンプであることを特徴とする無段変速機の変速制御装置。
4. 請求項１または２記載の無段変速機の変速制御装置において、前記可逆油圧モータおよび前記可逆油圧ポンプはそれぞれ固定容量の油圧モータおよび油圧ポンプであり、前記油圧モータと前記油圧ポンプとを無段変速機を介して連結し、前記無段変速機を前記可変容量機構としたことを特徴とする無段変速機の変速制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の無段変速機の変速制御装置において、前記油圧源はエンジンにより駆動されるオイルポンプであることを特徴とする無段変速機の変速制御装置。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の無段変速機の変速制御装置において、前記油圧源は電動モータにより駆動されるオイルポンプと作動油を収容する蓄圧アキュムレータであることを特徴とする無段変速機の変速制御装置。

Images