JP4622255B2

JP4622255B2 - トロイダル型無段変速機

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Publication number: JP4622255B2
Application number: JP2004030245A
Authority: JP
Inventors: 功久小林; 英司井上
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-02-06
Filing date: 2004-02-06
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2024-02-06
Also published as: JP2005221018A

Description

この発明に係るトロイダル型無段変速機は、自動車用自動変速装置の変速ユニットとして、或はポンプ等の各種産業機械の運転速度を調節する為の変速装置として利用する。

自動車用変速機として使用されるトロイダル型無段変速機が、特許文献１、非特許文献１、２等の多くの刊行物に記載され、且つ、一部で実施されていて周知である。このトロイダル型無段変速機は、互いに対向する軸方向側面をトロイド曲面とした入力側ディスクと出力側ディスクとの間に複数個のパワーローラを挟持して成る。運転時には、この入力側ディスクの回転が、これら各パワーローラを介して上記出力側ディスクに伝達される。これら各パワーローラは、それぞれトラニオン等の支持部材に回転自在に支持されており、これら各支持部材は、それぞれ上記両ディスクの中心軸に対し捩れの位置にある枢軸を中心とする揺動変位を自在に支持されている。上記両ディスク同士の間の変速比を変える場合、上記各支持部材を上記枢軸を中心に揺動変位させる。上記各パワーローラの周面を、上記入力側ディスクの側面の径方向外寄り部分と、上記出力側ディスクの側面の径方向内寄り部分とに転がり接触させれば、上記両ディスク同士の間の変速比が増速側になる。これに対して、上記各パワーローラの周面を、上記入力側ディスクの側面の径方向内寄り部分と、上記出力側ディスクの側面の径方向外寄り部分とに転がり接触させれば、上記両ディスク同士の間の変速比が減速側になる。

上述の様なトロイダル型無段変速機の運転時、即ち、上記入力側ディスクから上記出力側ディスクに動力を伝達する際には、これら両ディスクの軸方向側面と上記各パワーローラの周面とが転がり接触する部分（トラクション部）の面圧を適切にする事が必要である。この部分の面圧が過小の場合には、このトラクション部でグロススリップと呼ばれる著しい滑りが発生し、上記入力側ディスクから上記出力側ディスクに動力を伝達できなくなるだけでなく、動力伝達に供する各面に、著しい摩耗が発生する原因となる。反対に、上記部分の面圧が過大である場合には、上記トラクション部での転がり摩擦が大きくなり、トロイダル型無段変速機の伝達効率が悪化する他、上記各面の転がり疲れ寿命が低下する。

一方、上記トラクション部に必要とされる面圧は、トロイダル型無段変速機により伝達すべき動力に応じて異なる。具体的には、大きなトルクを伝達する場合には上記面圧を高くする必要がある反面、小さなトルクしか伝達しない場合には、この面圧は低くて済む。従って、トロイダル型無段変速機には、伝達すべきトルクの大きさに応じて、上記トラクション部の面圧を調節できる押圧装置が必要になる。この様な押圧装置として従来一般的には、既に実施されている構造も含めて、駆動源であるエンジンにより回転駆動される駆動軸と入力側ディスクとの間に、ローディングカム式の押圧装置を設けていた。この様なローディングカム式の押圧装置は、上記駆動軸の回転に伴って上記入力側ディスクを、出力側ディスクに押圧しつつ回転させる。この際に、この入力側ディスクを出力側ディスクに向けて押圧する力の大きさは、カム面の形状に応じて、上記駆動軸に加えられる駆動力のトルクに比例する等、伝達すべきトルクの大きさに応じて増減する。

上述の様なローディングカム式の押圧装置の場合、ヒステリシスが大きい他、変速比や温度等、駆動力のトルク以外の要件で押圧力を調節する事はできない。この為、カム面の形状等を、所定のトルクを伝達すると仮定した場合で最も大きな押圧力を発生できるものとして、短時間に著しい損傷を発生させる原因となる、グロススリップの発生を抑える様にしている。従って、変速比や温度等、駆動力のトルク以外の要件によっては、上記ローディングカム式の押圧装置が発生する押圧力が、多少なりとも過大になる事は避けられない。この様に、押圧力が多少なりとも過大になる状態は、トロイダル型無段変速機の効率及び耐久性確保の面からは好ましくない。

これに対して、特許文献２、３には、油圧式の押圧装置を、単独（特許文献２の場合）或はローディングカム式の押圧装置と組み合わせて（特許文献３の場合）使用する事により、押圧装置が発生する押圧力を、駆動力のトルク以外の要件で調節できる様にしたトロイダル型無段変速機が記載されている。図４〜５は、このうちの特許文献２に記載されたトロイダル型無段変速機を示している。

この従来構造では、駆動源であるエンジン１から入力軸２に伝わった動力は、この入力軸２の両端部に支持した、それぞれが請求項に記載した第一のディスクである入力側ディスク３、３からそれぞれパワーローラ４、４を介して、それぞれが請求項に記載した第二のディスクに相当する出力側ディスク５、５に伝わり、出力歯車６から取り出される。上記各パワーローラ４、４は、それぞれトラニオン７、７の内側面に、支持軸８、８及び複数の転がり軸受を介して、回転自在に支持されている。又、上記各トラニオン７、７は、それぞれの長さ方向（図５の上下方向）両端部に、これら各トラニオン７、７毎に互いに同心に設けられた、それぞれ１対ずつの枢軸９、９を中心として、揺動変位自在である。又、上記各トラニオン７、７は、それぞれ油圧式のアクチュエータ１０、１０により、上記各枢軸９、９の軸方向に変位自在としている。

上述の様なトロイダル型無段変速ユニットの運転時には、エンジン１等の動力源に繋がる駆動軸１１により一方（図４の左方）の入力側ディスク３を、油圧式の押圧装置１２を介して回転駆動する。尚、この押圧装置１２は、スプライン係合部等を設ける事により、回転力の伝達を行ないつつ上記入力側ディスク３を押圧自在としている。又、他方（図４の右方）の入力側ディスク３は、上記入力軸２の端部に結合されて、上記押圧装置１２の作動時（押圧力の発生時）に、一方の入力側ディスク３に向けて引っ張られる様にしている。

上記１対の入力側ディスク３、３が、互いに近づく方向に押圧されつつ同期して回転すると、この回転が、上記各パワーローラ４、４を介して上記各出力側ディスク５、５に伝わり、上記出力歯車６から取り出される。この様にトロイダル型無段変速機が上記各入力側ディスク３、３から上記各出力側ディスク５、５に動力を伝達する際に、前記各トラニオン７、７には、前記各枢軸９、９の軸方向にスラスト荷重が加わる。このスラスト荷重は、トロイダル型無段変速機の技術分野で２Ｆｔと呼ばれて広く知られているもので、上記各トラニオン７、７に支持したパワーローラ４、４の周面と上記各ディスク３、５の内側面との転がり接触部（トラクション部）で発生し、上記各パワーローラ４、４を介して上記各トラニオン７、７に加わる。

上記入力軸２と上記出力歯車６との回転速度の比を変える場合には、上記各アクチュエータ１０、１０への圧油の給排により、上記各トラニオン７、７を上記各枢軸９、９の軸方向に変位させる。この結果、上記各パワーローラ４、４の周面と上記入力側、出力側各ディスク３、５の内側面との接触部の接線方向に作用する力の方向が変化するので、上記各トラニオン７、７が上記各枢軸９、９を中心として揺動変位する。

更に、特許文献２に記載されたトロイダル型無段変速機に於いては、トロイダル型無段変速機を通過する動力、即ち、トルクＴ₀ と回転速度Ｓとの積（Ｔ₀ ×Ｓ）を検知する動力検知手段と、この動力検知手段が検知したトロイダル型無段変速機を通過する動力に応じて上記押圧装置１２に送り込む油圧を制御する為の油圧制御手段１８とを備える。この為に、図４に示した構造の場合には、前記エンジン１の出力を上記押圧装置１２に伝達する為の駆動軸１１の途中に、この駆動軸１１を伝わるトルクを測定する為のトルクセンサ１５と、この駆動軸１１の回転速度を測定する為の回転速度センサ１６とを設けている。そして、これら両センサ１５、１６の測定信号を、上記押圧装置１２の油圧室１７内に送り込む油圧を制御する為の油圧制御手段１８に入力している。この油圧制御手段１８は、マイクロコンピュータを内蔵しており、上記両センサ１５、１６の測定信号に基づいて、上記駆動軸１１から上記押圧装置１２に伝えられる動力を求める。そして、この動力が大きい程、この押圧装置１２に送り込む油圧を高くする。

上述の様に構成される、特許文献２に記載されたトロイダル型無段変速機の場合には、上記駆動軸１１から送り込まれ、このトロイダル型無段変速機を通過する動力により上記押圧装置１２が発生する押圧力を調節するので、このトロイダル型無段変速機の運転状態の如何に拘らず、この押圧力を最適値に規制できる。即ち、上記油圧制御手段１８に内蔵したマイクロコンピュータが、トルクＴ₀ と回転速度Ｓとの積（Ｔ₀ ×Ｓ）である動力からこの動力を伝達する為に最適なトラクション係数を決定し、この決定したトラクション係数を得る為の押圧力を求める。そして、この押圧力を得る為に必要な油圧を上記押圧装置１２に送り込む。従って、この押圧力を常に最適値若しくはそれに近い値にできる。

この結果、上記トロイダル型無段変速機の伝達効率及び耐久性の確保を図れる。この際、必要に応じて、前記両入力側ディスク３、３と前記両出力側ディスク５、５との間の変速比や、アクセル開度、アクセルの踏み込み速度等を、上記動力と合わせて上記油圧制御手段１８に送り込み、上記押圧力の微調節を行なわせる事もできる。この場合に、上記変速比は、前記入力軸２と前記出力歯車６との回転速度の比として求める等、従来から測定している状態値に基づいて容易に求められる。又、上記アクセル開度、アクセルの踏み込み速度等を表す信号も、アクセルに付属したセンサ、或はエンジン制御用のコンピュータ等から、容易に得られる。

尚、トロイダル型無段変速機を通過する動力のうちのトルクＴ₀ の値は、図５に示す様に、前記アクチュエータ１０、１０毎に１対ずつ存在する油圧室１４ａ、１４ｂ内の油圧により算出する事もできる。即ち、前述した様に、転がり接触部（トラクション部）で発生した力は、上記各パワーローラ４、４を介して上記各トラニオン７、７に、前記各枢軸９、９の軸方向のスラスト荷重として加わる。そして、このスラスト荷重（２Ｆｔ）の大きさは、上記動力のトルクＴ₀ に比例する。従って、上記各アクチュエータ１０、１０内にピストン１３、１３を挟んで設けた１対の油圧室１４ａ、１４ｂ間の圧力差は、上記トルクＴ₀ に比例する。そして、このトルクＴ₀ は、上記各ピストン１３、１３の受圧面積Ａと、高圧側の油圧室の油圧Ｐ_H と、低圧側の油圧室の油圧Ｐ_L とから、Ｔ₀ ∝２Ｆｔ＝（Ｐ_H −Ｐ_L ）Ａなる式で求める事ができる。上記油圧室１４ａ、１４ｂ内の油圧は、簡単な油圧センサにより容易に求められる為、上記トルク測定の為の構造を簡略にできる。そして、この様にして求めたトルクＴ₀ の値と、何れかの部分、即ち、トロイダル型無段変速機を構成する、或はこのトロイダル型無段変速機と接続される動力伝達部品の回転速度Ｓとの積により、上記動力の大きさを求められる。

又、トロイダル型無段変速機内に存在するトラクションオイルの温度を測定する為の油温センサを設け、上記油圧制御手段１８が、この油温センサが検出する上記トラクションオイルの温度が高い程、前記押圧装置１２に送り込む油圧を高くする事も、特許文献２に記載されている。上記トラクションオイルは、温度が高い程粘度が低下し、必要とするトラクション係数を得にくくなる。従って、低温時には押圧力を低くして、トラクション部の面圧を低く抑えても十分に動力伝達を行なえる反面、温度上昇時には上記押圧装置１２による押圧力を高くし、上記粘度の低下分を補う事で、トロイダル型無段変速機の伝達効率や構成各部品の耐久性が低下する事を防止できる。

尚、上記トラクション部で必要な面圧とは、このトラクション部のトラクション係数μ_t （接線力Ｆ_t ／法線力Ｆ_c ）を、十分な動力伝達を行なえる範囲に収める為に必要な法線力Ｆ_c を得られる値である。この様な面圧と、トルク、変速比、温度、回転速度等の運転状態との関係は、予め行なった実験に基づき、実験式或はマップとして、上記油圧制御手段１８を構成するマイクロコンピュータにインストールするソフトウェア中に組み込んでおく。

上述の様な特許文献２に記載されたトロイダル型無段変速機を実現する際には、押圧装置１２が発生する押圧力が、前記トラクション部で必要とする面圧を確保する為に必要な値を下回らない様にする必要がある。前述した様に、この面圧が過大な場合には伝達効率並びに転がり疲れ寿命の低下を招くのに対して、この面圧が過小の場合にはグロススリップにより伝達不能並びに著しい摩耗を招く。この場合、面圧が過大である場合に生じる不利益に比べて、面圧が過小である場合に生じる不利益の方が遥かに大きい。この為、上記特許文献２に記載されたトロイダル型無段変速機を実現する際には上記押圧装置１２が発生する押圧力を、その時点で必要となる値に安全の為の余裕代となる値を足し合わせた値とする。具体的には、上記油圧制御手段１８は、トロイダル型無段変速機を通過するトルクＴ₀ 、前記入力軸１と前記出力歯車６との間の変速比、トラクションオイルの温度等、上記トラクション部で必要とする面圧の値に影響を及ぼす複数の要素に応じて求められる油圧に、安全の為の余裕代となる補正油圧を足し合わせた油圧を、上記押圧装置１２に導入する。従って、上記ソフトウェア中に組み込む実験式或はマップは、上記余裕代を含んだものとする。

一方、上記トラクション部での伝達効率、並びに、このトラクション部を構成する各面の転がり疲れ寿命を確保する為には、上記余裕代をできるだけ小さくして、上記トラクション部の面圧を、必要最小限の値に近くする事が重要である。但し、上記余裕代を小さくする事は、次の(1)(2)の理由から難しい。
(1) 駆動源が発生するトルクが急増する際の応答遅れ。
(2) 駆動源から加えられてトロイダル型無段変速機を通過するトルクを求める為のセンサの測定誤差。

このうちの(1) の存在により、駆動源が発生するトルクが急増した場合にも上記トラクション部でグロススリップが発生する事を防止する為に、上記余裕代を大きくする必要が生じる。例えば、トロイダル型無段変速機を自動車用の自動変速機として利用した場合に就いて考えると、運転者がアクセルペダルを急に踏み込む事で、駆動源である内燃機関（エンジン）の出力トルクが急増した場合、上記押圧装置１２が発生する押圧力の上昇は、この出力トルクの増大に対して多少遅れる。この場合でも上記グロススリップの発生を防止する為には、上記余裕代を大きくする必要がある。

又、上記(2) の存在により、安全を考えた場合、高精度の（高価な）センサを使用しない限り、上記余裕代を大きくする必要がある。即ち、比較的低コストのセンサを使用する場合、或る程度の測定誤差を考慮しなければならない。例えば、このセンサの出力信号が、トロイダル型無段変速機を通過するトルクを実際よりも低めに表す方向の誤差を含んでいた場合、上記押圧装置１２が発生する押圧力の値を、上記出力信号に基づいて求めたトルクに応じただけの値に設定すると、上記グロススリップが発生する。この様な原因でのグロススリップの発生を防止する為には、上記センサが考え得る範囲で最も大きな誤差を含んでいたとしても、上記グロススリップの発生を防止できる程に大きな余裕代を設定する必要がある。

上述の様な(1)(2)に示した事情に拘らず、上記余裕代を小さくする事ができれば、上記トラクション部での伝達効率、並びに、このトラクション部を構成する各面の転がり疲れ寿命を確保して、トロイダル型無段変速機の効率並びに耐久性の向上を図れるが、従来は、この様な点に就いては考慮されていなかった。上記(1) の存在に基づくグロススリップの発生を防止する為には、駆動源が発生するトルクが増大するのに遅れて上記押圧装置１２が発生する押圧力が増大する際の応答遅れを補う必要がある。この為に、アクセル開度やその変化速度を計測して、前記油圧制御手段１８により上記押圧装置１２に導入する油圧をフィードフォワード制御する事が考えられる。或は、駆動源であるエンジンとトランスミッションであるトロイダル型無段変速機とを協調制御する事により、アクセルペダルが急に踏み込まれた場合に、上記エンジンの出力トルクの変化速度を抑える（出力トルクの増大を緩徐にする）事も考えられる。但し、何れの場合でも、制御ロジックが煩雑になる。又、後者の場合には、アクセルペダルの踏み込みに対して実際にトルクが増大するまでの間に時間遅れが生じ、運転者に違和感を与える等の問題を生じる。又、上記(2) の存在に基づくグロススリップの発生を防止し、しかも伝達効率を向上させる為に上記余裕代を小さく抑える為に、誤差の小さい高精度のセンサを使用すると、センサの調達コストが上昇する。

この様な事情から、従来は、押圧力を自在に変える事ができる、油圧式の押圧装置の利点を十分に得る事ができずにいた。特に、駆動源が一方のディスクを駆動するトルクが大きく、元々上記押圧装置が発生する押圧力を大きくする必要があるのに伴い、大きな余裕代を加算する事で、より大きな押圧力を付与する場合に、上記トロイダル型無段変速機の効率並びに耐久性の低下が著しくなる。

特開平１１−１６６６０５号公報特開２００４−３６８０４号公報特開２０００−６５１９３号公報青山元男著、「別冊ベストカー赤バッジシリーズ２４５／クルマの最新メカがわかる本」、株式会社三雄社／株式会社講談社、平成１３年１２月２０日、ｐ．９２−９３田中裕久著、「トロイダルＣＶＴ」、株式会社コロナ社、２０００年７月１３日

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、効率及び耐久性を著しく低下させるグロススリップの発生を防止しつつ、押圧力の余裕代を小さく抑えて、トロイダル型無段変速機の効率並びに耐久性の向上を図るべく発明したものである。

本発明のトロイダル型無段変速機は、従来から知られているトロイダル型無段変速機と同様に、互いに同心に、且つ相対回転自在に配置された第一、第二のディスクと、互いに対向するこれら第一、第二のディスクの軸方向側面同士の間に挟持されてこれら第一、第二のディスク同士の間で動力を伝達する複数のパワーローラと、上記第一のディスクを上記第二のディスクに向け押圧する油圧式の押圧装置とを備える。
そして、これら両ディスクのうちの一方のディスクを駆動源により回転駆動し、他方のディスクにより被駆動部材を回転駆動する状態で使用されると共に、上記押圧装置が発生する押圧力を、運転状況に応じて調節する。
特に、本発明のトロイダル型無段変速機に於いては、上記押圧力を、その時点で必要となる値に安全の為の余裕代となる値を足し合わせた値とする。これと共に、その時点で上記駆動源が上記一方のディスクを駆動するトルクを求め、このトルクが、この駆動源がその時点での回転速度で発生し得るトルクの最大値に近づく程、上記余裕代となる値を小さくする。

上述の様に構成する本発明のトロイダル型無段変速機は、効率及び耐久性を著しく低下させるグロススリップの発生を防止しつつ、押圧力の余裕代を小さく抑えて、トロイダル型無段変速機の効率並びに耐久性の向上を図れる。
即ち、駆動源が発生し得るトルクの最大値は限られており、この最大値を超える程に大きなトルクを伝達可能な面圧を確保する必要はない。従って、その時点でのトルクが上記最大値に近い場合には、上記余裕代を小さくする事で、上記面圧がこの最大値を越える程に大きなトルクを伝達可能な程に高くなる事を防止すれば、この面圧が過度に高くなる事を防止し、上記効率並びに耐久性の向上を図れる。
特に、駆動源が一方のディスクを駆動するトルクが大きく、元々押圧装置が発生する押圧力を大きくする必要がある場合に、過大な余裕代を加算する事でより大きな押圧力を付与する事を防止して、上記トロイダル型無段変速機の効率並びに耐久性を確保できる。

本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した様に、駆動源の運転状態を表すデータに基づいて、この駆動源がその時点で一方のディスクを駆動するトルクを求める。この場合に、例えば請求項３に記載した様に、駆動源を内燃機関とし、この内燃機関の出力軸の回転速度と、この内燃機関の燃焼室内への燃料の供給量とに基づいて、この内燃機関がその時点で発生して一方のディスクを駆動するトルクを求める。
或は、請求項４に記載した様に、内側面にパワーローラを回転自在に支持し、第一、第二のディスクの中心軸に対し捩れの位置にある枢軸を中心として揺動変位するトラニオン等の支持部材をこの枢軸の軸方向に変位させる為の油圧式のアクチュエータ内にピストンを挟んで設けた１対の油圧室の圧力差によりトロイダル型無段変速機を通過する動力のトルクを求める。そして、このトルクに基づいて、駆動源がその時点で発生して一方のディスクを駆動しているトルクを求める。
この様に構成すれば、実際に車両に搭載可能なセンサ等により、上記トルクを確実に求める事ができる。

又、本発明を実施する場合に好ましくは、請求項５に記載した様に、駆動源がその時点で発生して一方のディスクを駆動するトルクを求める為のセンサの精度に基づいて考えられる誤差の最大値を加算した値を、その時点で上記駆動源が発生しているトルクであると推定して余裕代を設定する機能と、このトルクの推定値にこの余裕代を加算した値が上記駆動源が発生し得るトルクの最大値を超えた場合に、このトルクの最大値を越えない範囲に上記余裕代を小さく設定する機能とを有する。
この場合に、例えば請求項６に記載した様に、上記駆動源の回転速度を検出する速度検出手段と、検出したその時点での回転速度でこの駆動源が発生し得るトルクの最大値を求めるトルク最大値決定手段とを備える。そして、トルクの推定値がその時点での回転速度で上記駆動源が発生し得るトルクの最大値を超えた場合に、このトルクの最大値に基づいて余裕代を設定する。
この様に構成すれば、駆動源がその時点で一方のディスクを駆動するトルクを求める為のセンサの誤差が大きい場合にも、過大な余裕代を設定して、上記最大値よりも大きなトルクを伝達できる程の押圧力を発生する無駄をなくせる。

図１〜３は、本発明の実施例を示している。尚、本実施例の特徴は、駆動源であるエンジン１がその時点で発生している出力トルクの大きさに応じて、油圧式の押圧装置１２が発生する押圧力に関する余裕代を調節する点にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図４〜５に示した従来構造と同様であるから、同等部分に関する図示並びに説明は省略し、以下、本実施例の特徴部分を中心に説明する。

油圧制御弁装置１９から上記押圧装置１２に導入する油圧は、演算器２０からの指令信号αにより調節される。この演算器２０には、上記エンジン１がその時点で発生して、トロイダル型無段変速機の入力側ディスク３を駆動しているトルクＴを表す信号と、同じく回転速度Ｎを表す信号とを入力している。又、上記演算器２０には、内蔵したメモリから、上記エンジン１がフルスロットル状態で運転された場合での、このエンジンの出力軸の回転速度とトルクとの関係（トルク曲線）を表す信号βを入力している。更に、上記演算器２０には、やはり内蔵したメモリから、入力側、出力側両ディスク３、５の軸方向側面と各パワーローラ４、４の周面とが転がり接触しているトラクション部のトラクション係数μ_t の余裕代△μ_t と、その時点での上記エンジン１の出力軸のトルクＴとの関係を表す信号γを入力している。

このうち、余裕代△μ_t とトルクＴとの関係を表す信号γは、その時点での上記エンジン１の出力軸のトルクＴと、その時点の回転速度Ｎでこのエンジン１が発生し得るトルクの最大値Ｔ_max との比Ｔ／Ｔ_max に応じたものである。即ち、上記信号γは、この比Ｔ／Ｔ_max が１に近づく程（上記エンジン１が上記入力側ディスク３を駆動するトルクＴが、その時点の回転速度Ｎでこのエンジン１が発生し得るトルクの最大値Ｔ_max に近づく程）、上記余裕代△μ_t を小さくする事を指示するものである。尚、この余裕代△μ_t は、上記Ｔ／Ｔ_max の値に基づいて変化する他、上記回転速度Ｎやトラクションオイルの温度、更には上記両ディスク３、５間の変速比によっても変化する。これら回転速度Ｎやトラクションオイルの温度、更には変速比と余裕代△μ_t との関係は、予め実験或は計算により求めておく。図１で演算器２０の右側に示した、余裕代△μ_t とトルクＴとの関係を表す信号γを表すグラフに複数本の直線が描かれている理由は、上記回転速度Ｎやトラクションオイルの温度、更には変速比の相違に応じて、上記余裕代△μ_t とトルクＴとの関係が少しずつ異なる為である。

トロイダル型無段変速機の運転時に上記演算器２０は、上記トルクＴ及び回転速度Ｎを表す信号と上記各信号α、β、γとにより、上記各トラクション部の、適正トラクション係数μ_t0及びトラクション係数の余裕代△μ_t を求める。尚、このうちの適正トラクション係数μ_t0とは、上記トラクション部でのトルク伝達を最も効率良く行なう為に必要なトラクション係数μ_t を言う。この様な適正トラクション係数μ_t0を求める方法に関しては、前記非特許文献２に記載される等により従来から広く知られている為、説明は省略する。又、上記余裕代△μ_t とは、上記エンジン１の出力軸のトルクＴを求める為のセンサの誤差や、このトルクＴが急増した場合の押圧力上昇の時間的遅れに拘らず、グロススリップの発生を防止する為に設定するものである。本実施例の特徴は、この様な余裕代△μ_t を可変とする事で、グロススリップ防止の為に、前記押圧装置１２に導入する油圧を過大にする必要をなくして、トロイダル型無段変速機の効率及び耐久性を向上させる点にある。

この為に本実施例の場合、上記演算器２０は、その時点での上記エンジン１の出力軸のトルクＴ、同じく回転速度Ｎ、トラクションオイルの温度等を表す信号に基づいて、上記トラクション係数の余裕代△μ_t を変更する。具体的には、図１で演算器２０の右側に示した、余裕代△μ_t とトルクＴとの関係を表す信号γを表すグラフに示す様に、その時点での上記エンジン１の出力軸のトルクＴが、このエンジン１がその時点での回転速度Ｎで発生し得るトルクの最大値Ｔ_max に近づく程、上記余裕代△μ_t を小さくする。これにより、エンジン１の出力トルクＴが急増した場合のグロススリップの発生を防止しつつ、上記余裕代△μ_t を小さく抑え、上記押圧装置１２が発生する押圧力をできるだけ低く抑えられる様にしている。この点に就いて、図２により説明する。

この図２の曲線は、エンジン１の出力軸の回転速度Ｎと、各回転速度で発生し得るトルクＴの最大値との関係（フルスロットル状態でのトルク曲線）を示している。図２に示す様に、エンジン１の回転速度がｎの場合に就いて考える。この場合に、図２の（Ａ）に示す様に、このエンジン１の出力軸のトルクｔ₁ が、上記回転速度ｎで発生し得るトルクの最大値よりも十分に低い場合には、アクセルペダルを急に踏み込む事で、上記エンジン１の出力軸のトルクＴが瞬間的に増大する余地｛図２（Ａ）の△Ｔ₁ 分｝が大きい。従って、この出力軸のトルクを検知してから上記押圧装置１２が発生する押圧力が実際に増大するまでの制御機構の遅れ等を考慮しつつ、グロススリップの発生を防止する為には、上記余裕代△μ_t を大きくせざるを得ない。

これに対して、図２の（Ｂ）に示す様に、上記エンジン１の出力軸のトルクｔ₂ が、上記回転速度ｎで発生し得るトルクの最大値に近い場合には、アクセルペダルを急に踏み込んでも、上記エンジン１の出力軸のトルクＴが瞬間的に増大する余地｛図２（Ｂ）の△Ｔ₂ 分｝が小さい。従って、トラクション係数μ_t の余裕代△μ_t を小さくしても、上記制御機構の遅れ等に拘らず、グロススリップが発生する事はない。即ち、その時点で上記エンジン１が発生しているトルクＴが、その時点の回転速度Ｎで発生し得る最大値Ｔ_max に近づく程、アクセルペダルの急な踏み込みに伴って瞬時に増加するトルクの変化量△Ｔが小さくなる。そこで、両トルクの比Ｔ／Ｔ_max が１に近づくほど、上記トラクション係数μ_t の余裕代△μ_t 、延ては上記押圧装置１２が発生する押圧力の余裕代を小さくできる。そして、この押圧力の余裕代を小さくすれば、前記トラクション部の面圧が必要以上に高くなる事を防止して、トロイダル型無段変速機の効率及び耐久性の向上を図れる。尚、図２の曲線から明らかな通り、上記エンジン１の出力軸の回転速度が変化すれば、発生し得るトルクの最大値Ｔ_max が大きくなる場合もある。但し、アクセルペダルを急に踏み込んだ場合でも、回転速度の変化はトルクの上昇に比べて遅れる。従って、上記余裕代の大きさを考慮すれば、この余裕代の変更は、この回転速度の変化まで考慮する必要はない。

又、本実施例の場合には、上記エンジン１の出力軸のトルクを測定する為のセンサの誤差に拘らず、上記トラクション部の面圧が必要以上に高くなる事を防止する構成も採用している。この点に就いて、図３により説明する。図３の（Ａ）に示す様に、上記センサの検出信号に基づいて求められる、上記エンジン１の出力軸のトルクがｔ₃ である場合、上記センサの測定誤差を考慮しつつグロススリップの発生を防止する為には、上記押圧装置１２が発生する押圧力を制御する為のパラメータとして利用するトルクの値を、上記センサに想定される誤差範囲内での最大値であるｔ₄ としなければならない。即ち、上記押圧装置１２が発生する押圧力は、このトルクｔ₄ をグロススリップを発生する事なく伝達できるだけの大きさとする必要がある。

一方、その時点で上記エンジン１が発生しているトルクの値に関係なく、上記センサの測定誤差を考慮した余裕代を一定とすると、図３の（Ｂ）に示す様に、上記エンジン１が発生しているトルクが、回転速度ｎで発生し得るトルクの最大値の近傍であるｔ₅ である場合には、上記押圧力を制御する為のパラメータとして利用するトルクの値は、上記回転速度ｎで発生し得るトルクの最大値ｔ₇ よりも大きなｔ₆ になる。但し、上記エンジン１は、当該回転速度ｎである限り、この最大値ｔ₇ よりも大きなトルクを発生する事はあり得ないから、上記パラメータとしては、この最大値ｔ₇ を利用すれば良い。即ち、上記エンジン１がその時点で発生しているトルクＴを測定し、このトルクＴを測定する為のセンサの精度（誤差）範囲内の最大値を実際に上記エンジン１が発生しているトルクであると推定する場合にも、上記エンジン１が発生しているトルクが、上記回転速度ｎで発生し得るトルクの最大値の近傍であるｔ₅ である場合には、このトルクの推定値に上記余裕代を加算した値が、この最大値であるｔ₇ を超えない様に、この余裕代を小さくする。

本実施例の様に構成すれば、廉価で精度の低いセンサを使用した場合でも、トロイダル型無段変速機を、エンジン１の出力軸のトルクを高くした状態で運転する場合に、グロススリップの発生を防止しつつ、トラクション部の面圧が過度に高くなる事を防止して、伝達効率及び耐久性の向上を図れる。特に、近年に於いては、燃費を向上させる為に、自動車の走行用のエンジン１は、高トルク・低回転領域を多用する傾向になっている。この為、本実施例の様に、このエンジン１が発生しているトルクが、このエンジンが発生し得るトルクの最大値に近づく程余裕代を小さくする事は、トロイダル型無段変速機の伝達効率及び耐久性向上の面から有効である。

尚、本発明を実施する場合に、上記エンジン１が実際に発生しているトルクは、直接計測しても良いが、実際に車両に搭載されたエンジン１のトルクを直接計測するのは困難な場合もある。この様な場合には、このエンジン１やトロイダル型無段変速機の運転状態を示す値を計測し、この値から、このエンジン１が実際に発生しているトルクを算出する事もできる。例えば、このエンジン１の運転状態を表す値としては、このエンジンの出力軸の回転速度と、このエンジン１の燃焼室内への燃料の供給量とが考えられる。これらの値が分かれば、このエンジン１がその時点で発生しているトルクを求める事ができる。或は、圧力センサにより上記燃焼室内の圧力を測定し、この圧力と、車両重量等のエンジンの負荷とに基づいて、上記エンジン１がその時点で発生しているトルクを求める事もできる。

又、前述した通り、トロイダル型無段変速機を通過するトルクＴ₀ の値は、アクチュエータ１０、１０毎に１対ずつ存在する油圧室１４ａ、１４ｂ（図５参照）同士の間の圧力差に比例する。そして、このトルクＴ₀ は、上記各ピストン１３、１３の受圧面積Ａと、上記高圧側の油圧室の油圧Ｐ_H と、低圧側の油圧室の油圧Ｐ_L とから、Ｔ₀ ∝２Ｆｔ＝（Ｐ_H −Ｐ_L ）Ａなる式で求める事ができる。実際には、この式に、上記トロイダル型無段変速機の変速比と、各部の伝達効率とを勘案して、上記エンジン１がその時点で発生しているトルクＴを推定できる。尚、上記トルクＴ₀ を上記圧力差に基づいて求める方法に就いては、従来から知られている為、詳しい説明は省略する。
又、本発明は、トロイダル型無段変速機であれば、図示の様なハーフトロイダル型に限らず、フルトロイダル型でも実施できる。

本発明の実施例を示すブロック図。その時点でのエンジンの出力トルクに応じて押圧力の余裕代を変える理由を説明する為の線図。その時点でのエンジンの出力トルクに応じて、センサの誤差に基づく押圧力の余裕代を変える理由を説明する為の線図。従来構造の１例を示す、略断面図。図４のＡ−Ａ断面に相当する図。

符号の説明

１エンジン
２入力軸
３入力側ディスク
４パワーローラ
５出力側ディスク
６出力歯車
７トラニオン
８支持軸
９枢軸
１０アクチュエータ
１１駆動軸
１２押圧装置
１３ピストン
１４ａ、１４ｂ油圧室
１５トルクセンサ
１６回転速度センサ
１７油圧室
１８油圧制御手段
１９油圧制御弁装置
２０演算器

Claims

互いに同心に、且つ相対回転自在に配置された第一、第二のディスクと、互いに対向するこれら第一、第二のディスクの軸方向側面同士の間に挟持されてこれら第一、第二のディスク同士の間で動力を伝達する複数のパワーローラと、上記第一のディスクを上記第二のディスクに向け押圧する油圧式の押圧装置とを備え、これら両ディスクのうちの一方のディスクを駆動源により回転駆動し、他方のディスクにより被駆動部材を回転駆動する状態で使用されると共に、上記押圧装置が発生する押圧力を、運転状況に応じて調節するトロイダル型無段変速機に於いて、この押圧力を、その時点で必要となる値に安全の為の余裕代となる値を足し合わせた値とすると共に、その時点で上記駆動源が上記一方のディスクを駆動するトルクを求め、このトルクが、この駆動源がその時点での回転速度で発生し得るトルクの最大値に近づく程、上記余裕代となる値を小さくする事を特徴とするトロイダル型無段変速機。
駆動源の運転状態を表すデータに基づいて、この駆動源がその時点で一方のディスクを駆動するトルクを求める、請求項１に記載したトロイダル型無段変速機。
駆動源が内燃機関であり、この内燃機関の出力軸の回転速度と、この内燃機関の燃焼室内への燃料の供給量とに基づいて、この内燃機関がその時点で発生して一方のディスクを駆動するトルクを求める、請求項２に記載したトロイダル型無段変速機。
内側面にパワーローラを回転自在に支持し、第一、第二のディスクの中心軸に対し捩れの位置にある枢軸を中心として揺動変位する支持部材をこの枢軸の軸方向に変位させる為の油圧式のアクチュエータ内にピストンを挟んで設けた１対の油圧室の圧力差によりトロイダル型無段変速機を通過する動力のトルクを求め、このトルクに基づいて、駆動源がその時点で発生して一方のディスクを駆動しているトルクを求める、請求項１に記載したトロイダル型無段変速機。
駆動源がその時点で発生して一方のディスクを駆動するトルクを求める為のセンサの精度に基づいて考えられる誤差の最大値を加算した値を、その時点で上記駆動源が発生しているトルクであると推定して余裕代を設定する機能と、このトルクの推定値にこの余裕代を加算した値が上記駆動源が発生し得るトルクの最大値を越えた場合に、このトルクの最大値を越えない範囲に上記余裕代を小さく設定する機能とを有する、請求項１〜４の何れかに記載したトロイダル型無段変速機。
駆動源の回転速度を検出する速度検出手段と、検出したその時点での回転速度でこの駆動源が発生し得るトルクの最大値を求めるトルク最大値決定手段とを備え、トルクの推定値がその時点での回転速度で上記駆動源が発生し得るトルクの最大値を超えた場合に、このトルクの最大値に基づいて余裕代を設定する、請求項５に記載したトロイダル型無段変速機。