JP4693819B2 - 無断変速機 - Google Patents

Description

本発明は、無段変速機、特に自動車用変速機の変速比用制御器の設けられた無段変速機であって、この制御器が第１の運転モードにおいては１個又は複数の入力信号に基づいて前記変速比を制御し、第２の運転モードにおいては、例えば自動車の運転者からの外部信号に基づき、できるだけ変速機入力速度に課せられた回転速度限界内において１組又は複数組の制御曲線の内の１個又は複数個の制御曲線に沿って変速比を制御する変速機に関する。

この形式の無段変速機は特許文献１に開示される。可能な変速比の範囲内で変速機の変速比を変速機自体が制御する第１の運転モードに加えて、自動車の運転者が多数の固定された変速比から所望の変速比を選定でき、次いでこの選定された変速比が前記固定された変速比を有する制御曲線に沿って制御器の手段のため変速機によって一定に保持される第２の運転モードが提供される。こうして、変速段のある変速機、例えば５段変速機をシュミレートすることができる。下方及び上方の回転速度限界の範囲内においてのみ、変速機制御器が独立して介在しかつエンジンの停止又は過回転を防止するために次段の固定変速比に切り替えることができる。

公知の変速機はそれ自体でなすべきように機能するが、それぞれ多くの欠点がある。第２の運転モードにおいては、変速機はギヤの入替えの際に回転速度の明らかな変化を生じ、これは、部分的には効率の低下及び変速の遅れの見地から望ましくないことが見いだされた。更に、特に上方回転速度限界の領域においては、利用可能な動力より最適な大きさを得ることが不可能である。下方回転速度限界の領域においては、変速機はこれを走行に適した速度以上においてのみ駆動することができ、このため、低速段へのギヤの入替えの際に、より燃料消費の少ないより低速の入力回転速度の最適使用を行うことができない。
ドイツ特許第４ １２０ ５４０号

本発明の目的は、前記の欠点を克服すること及び改良された変速機を提供することである。

本発明による変速機は、１個又は複数の制御曲線及び／又は１種又は複数の回転速度限界が変速機の入力速度の関数であり、前記関数により、変速機の理論的出力速度ゼロに対する変速機の入力速度がゼロでないことを特徴とする。第２の運転モードにおいては、変速機は、ギヤの入替え時に、回転速度の限定された変化と短い入替え経路とを作り、その結果、運転者はより快適な運転特性と効率の向上とを見いだす。更に、上方回転速度限界の領域における利用可能な動力の最適な使用を可能とする。下方回転速度限界の領域においては、本発明による変速機は自動的に低速段にギヤを入れ替え、この作動中、車両の走行をより困難にすることなくかつ燃料消費を最適にしつつ低い入力回転速度の最適使用を行う。

本発明の更なる開発により、制御曲線は正の傾斜角を有する１個又は複数の接線を持つ。特に、制御曲線は本質的に直線である。これは、制御曲線を希望のように定めることを可能とし、他方では制御曲線上の車両速度の均一な変化を可能とする。

本発明により、１組の制御曲線は変速機の入力速度が低下する方向に収斂できる。この配列により、１組の制御曲線を互いに交差させることができる。その結果、特に低速回転速度範囲において、ある制御曲線から別の制御曲線への短い入替えが可能であり、その結果として、低い回転速度における駆動特性が改良され、効率が向上する。本発明の更なる開発は、入力回転速度がセロよりも大きくかつ出力回転速度が理論的にはゼロに等しいか又はゼロ以下である交点において、１組の制御曲線が互いに交差することを特徴とする。この方法で、変速機の上下の入力速度の双方の領域の短く効果的な入替えが可能である。交点より前方の入力回転速度は変速機を駆動している装置の空転速度領域内にあることが好ましい。これは、制動時の低速段へのギヤの入替え特性及び走行時の特性を明らかに向上させる。特に、入力回転速度がゼロに等しくかつ出力回転速度がゼロより小さい交点において１組の制御曲線を互いに交差させることができる。

本発明の更なる開発により、上方回転速度限界の関数は正の傾斜角を有する１個又は複数の接線を持つ。その結果、駆動特性、特に上方回転速度範囲における加速が、利用可能な動力で最適な使用が可能であるように改良される。

本発明の更なる開発は、下方回転速度限界の関数が負の傾斜角を有する１個又は複数の接線を有することを特徴とする。その結果、変速機は、これを低い回転速度において低い燃焼消費で駆動することができ、更に制動時には、変速機が走行に適した変速比にされるようにして別の制御曲線に向かって低速段にギヤを入れ替えるように強制される。本発明は図面を参照し説明されるであろう。

［実施例］
図１に線図的に示された無断変速機は、例えば動力用エンジンに連結することができる入力軸４１、並びに例えば車両の車輪に連結することができる出力軸４７を備える。入力軸４１及び出力軸４７には、固定ディスク４２及び４８、並びに軸方向に摺動可能なディスク４３及び４９がそれぞれ設けられる。軸方向に摺動可能なディスク４３及び４９にはそれぞれシリンダー４５及び５１が設けられ、これらシリンダーは、ディスク４３及び４９を軸方向で動かすために、それぞれシリンダー室４４及び５２にそれぞれ管路４６及び５３を介して流体を出し入れすることができる。駆動媒体５４は一方の側においてはディスクの対４２と４３との間に置かれ、他方の側においては４８と４９との間に置かれる。ディスク４２と４３との間の半径方向位置とディスク４８と４９との間の半径方向位置との比率が、このときの所与の点における変速機の変速比を決定する。変速比は、流体をシリンダー室４４及び５２に出し入れするように供給と排出とを適切に制御する手段よりこれを変えることができる。この配列により、変速比は、一般原則としてこれをある範囲内で無限に変えることができる。

図２において、この範囲は、横軸を変速機の入力回転数ｎ_ｅｎｇとし、縦軸を変速機の出力回転数に関連した車両速度Ｖとして、いわゆるヴァリオグラム（ｖａｒｉｏｇｒａｍ）で示される。

変速比は線１、２、３及び４内で変動し得る。以下の文章においては、無断変速機の機能の更なる態様が既知であるとする。ある条件下では、変速比は全範囲内では制御されないで１個の又は複数の固定線に沿って制御されることが望ましい。これはドイツ特許第４，１２０，５４０号に説明される。この配列により、図２に示されるように、一定の変速比を有する数個の線（Ｒ_１−Ｒ_５）が固定され、これらの線に沿って一定変速比における制御が可能である。これは、車両の運転者が、例えば第２の運転モードにおいて希望の変速線、例えばＲ_２を選択することによって選ぶことのできる第２の運転モードにおいて行われる。この場合は、変速比はＲ_２に沿って一定に保たれ、入力回転速度ｎ_ｅｎｇと車両速度Ｖとは、これを前記の曲線に沿って手動で固定された比率で制御することができる。エンジンの過回転を防ぐために、上方回転速度限界（ｎ_ｍａｘ６）がしばしば適用される。別の極限においては、車両がすべての条件下で走行開始できるために下方回転速度限界（ｎ_ｍｉｎ５）が適用される。

車両を加速している場合に、例えば変速線Ｒ_１が選ばれたときは、変速機は、変速線Ｒ_１と上方回転速度限界ｎ_ｍａｘ６との交点７に達するとＲ_１設定の選択にもかかわらず自動的に変速線Ｒ_２に切り替わるであろう。次いで、線７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、等に従って高速段へのギヤの入替えが進行する。この方法でエンジンの過回転は防止されるが、加速に対する運転者の希望とは合致しない。付随的に、運転者は、うまいときに、例えばＲ_１からＲ_２に高速側に切り替えることにより変速機が上方回転速度限界ｎ_ｍａｘ６に達することを防いで車両の加速度を完全制御の状態に留めることができる。種々の変速線（Ｒ_１−Ｒ_５）間の切替えの際に、エンジン回転数の明らかな差異が常に生ずるであろうことは明らかであろう。これは、部分的には効率の低下及びギヤ切替えの遅れの見地から望ましくないことが見いだされた。更に、最大エンジン出力の線を描くヴァリオグラムの線２の使用が行われず、従って駆動装置を最適な方法で運転することができない。

車両の減速時には、下方回転速度限界ｎ_ｍｉｎに達したときに、変速機はある変速線から別の変速線に自動的に切り替わり、この回転速度において確実に静止から走り出すことが常に可能である。こうして、変速線Ｒ_５に沿った車両の減速の際は、変速機は下方回転速度限界ｎ_ｍｉｎ５の点において矢印１６、１７、１８、１９に沿ってＲ_５からＲ_１に自動的に低速段にギヤを入れ替えるであろう。

しかし、中でも燃料節約のため、ｎ_ｍｉｎ以下の回転速度で駆動できることもまた望ましい。

図３は同じヴァリオグラム１、２、３、４を示すが、この事例は本発明についてのものである。変速機の第２の運転モードにおいて達成し得る本発明による制御曲線Ｃ_１−Ｃ_５がヴァリオグラムに描かれる。制御曲線Ｃ_１−Ｃ_５は、従来技術による変速線Ｒ_１−Ｒ_５とは異なりこれらは原点を通過しないので、明らかに一定変速比を有する線ではない。これと比較して、曲線Ｃ_１−Ｃ_５は、変速機の理論的出力速度ゼロに対する変速機の入力速度ｎ_ｅｎｇがゼロでないような変速機入力速度ｎ_ｅｎｇの関数である。この方法の結果、例えば制御曲線Ｃ_１から車両を加速する際は、例えば経路２２、２３、２４、２５、２６、２７に沿って切替えが進行するであろう。本発明による切替えの経路の長さは従来技術によるものよりも明らかに短いこと、及びある制御曲線から別の制御曲線への切替えの際の回転数の平均低下も短いことが明らかであろう。変速機のギヤ切替えの挙動がより快適でありかつより効率的であることが見いだされた。好ましくは、車両運転者は設定された最大回転速度限界ｎ_ｍａｘ２１内でギヤの切替えをするが、前記限度に達したときはこれと異なり、エンジンを過回転させることなく希望の車両加速度を得るために、変速機はそれ自体で切替えを行うであろう。本発明により、上方回転速度限界ｎ_ｍａｘ２１もまた変速機の入力速度ｎ_ｅｎｇの関数であり、これにより、曲線２は最大エンジン出力に向かい可能な最良の方法で近似され、利用可能なエンジン出力の最適な使用を行うことができる。

ヴァリオグラムにおいて、ｎ_{ｌａｕｎｃｈ}２８は走行に必要な回転速度を示す。下方回転速度限界ｎ_ｍｉｎ２０は前記ｎ_{ｌａｕｎｃｈ}２８を含むが、これは本発明により入力回転速度ｎ_ｅｎｇにも依存する。その結果、あるときはｎ_{ｌａｕｎｃｈ}より低い回転速度で
駆動することもでき、これは燃料消費について有利であり、一方、より低い回転速度限界ｎ_ｍｉｎ２０が、車両の制動の際は、低速段へのギヤの入替えが例えば経路２９、３０、２８、を経て、走行を可能とする回転速度ｎ_{ｌａｕｎｃｈ}に進行することを確実なものとする。前記回転速度限界に加えて、より低い又はより高い安全限界でも選択的に適用でき、これら限界は、例えば機能が不全の場合でも回転速度を絶対的に限定し、例えばこれらを垂直線に沿って制御する。

制御曲線Ｃ_１−Ｃ_５及び上下の回転速度限界ｎ_ｍｉｎ２０とｎ_ｍａｘ２１は、ここでは直線として示されるが、特定の用途に応じて別の形状を取るように変えることができる。この構想においては、曲線に沿って一様な変速を得るために制御曲線Ｃ_１−Ｃ_５及び上方回転速度限界ｎ_ｍａｘ２１について好ましくは正の傾斜角が常に使用される。この状況においては、上方回転速度限界ｎ_ｍａｘ２１は、利用可能なエンジン出力の最適な使用ができるように曲線２に沿って置かれることが有利である。下方回転速度限界ｎ_ｍｉｎ２０は、特に負の傾斜角を持つ。ヴァリオグラムの良好な適用範囲及び最適の運転感覚を提供するために、制御曲線Ｃ_１−Ｃ_５は入力回転速度が減少する方向で共通の交点に向かって収斂する。前記交点として、運転条件に応じて種々の点を都合よく選定することができる。１組の制御曲線を希望のように選定できる数組の制御曲線（異なった交点、傾斜角など）を提供する考えもまた与えられる。

本発明は示された実施例には拘束されない。本発明の概念内で多くの別の実施例も考えることができる。変速機の制御は機械式、油圧式又は電気式、あるいはこれらの組合せとすることができる。車両の運転者は第１又は第２の運転モードのいずれかを選定でき、また両方の運転モード内で変速機を完全に自動的に制御することができる。第２の運転モードにおいては、特定の制御曲線の選定又は特定組の制御曲線の選定もまた運転者により選択的に決定することができ、この場合は、安全な場所において、上述のように変速制御のために必要ならば間に入れることができる。

本発明の実施態様は次の通りである。
１．変速機の変速比用制御器の設けられた、特に自動車用の無段変速機であって、第１の運転モードにおいては１個又は複数の入力信号に基づいて変速比を制御し、第２の運転モードにおいては、例えば自動車の運転者から発信された外部信号に基づき、できるだけ変速機入力速度に課せられた回転速度限界内において１組又は複数組の制御曲線の内の１個又は複数の制御曲線に沿って変速比を制御する変速機において、１個又は複数の制御曲線及び／又は１種又は複数の回転速度限界が変速機の入力速度の関数であり、前記関数に従って、変速機の理論出力速度ゼロに対して、変速機の入力速度がゼロでないことを特徴とする無段変速機。
２．制御曲線が正の傾斜角を持った１個又は複数の接線を有することを特徴とする実施態様１による無段変速機。
３．制御曲線が実質的に直線であることを特徴とする実施態様２による無段変速機。
４．１組の制御曲線の制御曲線が変速機の入力速度が減少する方向で収斂することを特徴とする先行実施態様の一つによる無段変速機。
５．１組の制御曲線が互いに交差することを特徴とする実施態様４による無段変速機。
６．入力回転速度がゼロより大きくかつ出力回転速度が理論的にはゼロに等しいか又はゼロより小さい交点において１組の制御曲線が互いに交差することを特徴とする実施態様５による無段変速機。
７．交差する点より前における入力速度が変速機を駆動している装置の空転速度の範囲内にあることを特徴とする実施態様６による無段変速機。
８．入力回転速度がゼロに等しくかつ出力回転速度がゼロより小さい交点において１組の制御曲線が互いに交差することを特徴とする実施態様５による無段変速機。
９．上方回転速度限界の関数が正の傾斜角を持った１個又は複数の接線を有することを特
徴とする先行実施態様の一つによる無段変速機。
１０．下方回転速度限界の関数が負の傾斜角を持った１個又は複数の接線を有することを特徴とする先行実施態様の一つによる無段変速機。

無段変速機の線図的表現を示す。 従来技術による無段変速機のヴァリオグラムを示す。 制御曲線と回転速度限界とを有する本発明による無段変速機のヴァリオグラムを示す。

符号の説明

４１ 入力軸
４２ 固定デイスク
４３ 摺動可能なデイスク
４４ シリンダー室
４８ 固定デイスク
４９ 摺動可能なデイスク
５２ シリンダー室
５４ 駆動媒体

Claims (1)

1. 制御システムが、第１の運転モードにおいては、少なくとも１つの入力信号に基づいて、可能な変速比の範囲内で自動的に無段階に変えることができる方法で変速比を制御し、第２の運転モードにおいては、自動車の運転者によって少なくとも１組の有限数の制御線から手動で選択される１つの制御線に沿って、変速機の入力速度に課せられた回転速度限界内で、変速段のある変速機をシュミレートし、１組の該制御線が実質的に直線であって、変速機の入力速度（Ｎｅｎｇ）と出力速度（Ｖ）との間の固定された関係を各々規定する、変速機の変速比用の制御システムを備えた自動車用無段変速機において、
   各制御線が、ゼロでない理論的入力速度（Ｎｅｎｇ）においてゼロの理論的出力速度（ｖ）を規定するように、更に、該組の制御線が、減少する入力速度（Ｎｅｎｇ）の方向に集束するように、且つ、該組の制御線が、ゼロよりも大きな入力速度における変速機の入力速度と、ゼロに等しいかゼロよりも小さい変速機の出力速度との交差する点で互いに交差するように、該組の制御線（Ｃ１〜Ｃ５）が、変速機の入力速度（Ｎｅｎｇ）の関数として規定されている、ことを特徴とする自動車用無段変速機。

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