JP4743982B2

JP4743982B2 - 変速機の解析試験装置

Info

Publication number: JP4743982B2
Application number: JP2001081190A
Authority: JP
Inventors: 厚鈴木; 聡戸田; 聖一寺田; 学渡辺; 弘明飛永
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-03-21
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2021-03-21
Also published as: JP2002277350A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用の変速機などを、試験ベンチ上で、実際の動作状態を模擬して、その動作の解析試験を行う解析試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車には、内燃機関などの原動機の出力を有効に利用するために、変速機が備えられている。変速機の変速動作時の動力伝達特性などは、いわゆる変速ショックなどの変速特性の評価に欠かせない。この評価は、実際に車両に搭載した状態では、外乱要因が大きく、高い精度が得られないため、車載ではなく、ベンチ上で定置試験を行っている。この場合、変速機の駆動および負荷として電気モータおよびダイナモを用いている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述のベンチ試験においては、モータやダイナモの特性が実際の原動機や負荷の特性と異なるために、過渡的状態において十分に車載時の状況を再現できない。特に、モータやダイナモは、低回転速度では、トルクが不足するために、変速機の入力側に、多段ギアボックス、トルクコンバータなどの何らかのトルク増幅装置を設ける必要があった。しかし、トルクコンバータ等を介するため、この特性に影響を受け、精度の高い変速機の動作解析を行うことができなかった。
【０００４】
また、変速動作時の過渡特性に関しては、入力駆動軸の回転慣性が大きいため、試験体としての変速機に加わる負荷が、車載された状態とは異なり、正確な解析・評価ができなかった。
【０００５】
また、増速機能を有する多段ギアボックスを用いて、駆動軸の回転慣性量を減じた装置もあるが、このギアボックスの耐久性などに問題があった。
【０００６】
本発明は、前述の課題を解決するためになされたものであり、変速機などの動力伝達装置の定置解析試験を行うための装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために本発明の変速機の解析試験装置は、変速機の入力軸を駆動する入力流体圧モータと、変速機の出力軸に負荷を付与する出力流体圧モータと、前記入力流体圧モータおよび前記出力流体圧モータに高圧の作動流体を供給するための高圧流体圧ポンプと、前記高圧流体圧ポンプからの作動流体を、前記入力流体圧モータおよび前記出力流体圧モータのそれぞれに直接供給する高圧ラインと、前記入力流体圧モータおよび前記出力流体圧モータのそれぞれから流出する作動流体を前記高圧流体圧ポンプへと直接戻す低圧ラインと、前記低圧ラインの流体圧を所定範囲に維持する装置とを有している。前記高圧流体圧ポンプは、前記入力流体圧モータおよび前記出力流体圧モータの仕事に応じて作動流体の供給量を制御する。前記入力流体圧モータと前記出力流体圧モータは、前記高圧ラインと前記低圧ラインの間に並列に設けられている。
【０００８】
流体圧モータにより、高トルクを発生する一方、モータの慣性を低減する。また、低圧ラインにより流体圧モータからの作動流体を、高圧流体圧ポンプに直接戻すことにより、作動流体の総量を抑えることができ、装置の小型化が達成される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。図１は、本実施形態の変速機の解析試験装置１０の概略構成図である。試験装置１０は、試験体である変速機１２の入力軸と出力軸に、それぞれ結合される駆動軸１４および負荷軸１６を有している。これらの駆動軸１４，負荷軸１６はそれぞれ軸受ユニット１８，２０により支持されている。駆動軸１４は、入力軸増速機２２を介して入力流体圧ポンプモータ２４に結合され、また駆動軸１４には制動用のディスクブレーキ２５が設けられている。負荷軸１６は、出力軸増等速機２６を介して出力流体圧ポンプモータ２８に結合されている。出力軸増等速機２６の前後には、出力軸トルク検出機３０，３２が配置されている。また、出力軸増等速機２６には、車両の慣性を模擬するフライホイール３４が接続されている。
【００１６】
入出力の流体圧ポンプモータ２４，２８には、高圧配管３６を介して高圧流体圧ポンプ３８より作動流体が供給される。また、流体圧ポンプモータ２４，２８より流出した作動流体は、低圧配管４０を介して高圧流体圧ポンプ３８に送り戻される。低圧配管４０には、配管内へリザーブタンク４２より作動流体を供給する加圧ポンプ４４と、配管内の圧力が上昇したとき、これより作動流体をリザーブタンク４２へ戻すリリーフバルブ４６とが接続されている。また、高圧配管３６、低圧配管４０のそれぞれに、圧力変動を吸収するためのアキュームレータ４８，５０が設けられている。
【００１７】
入出力の流体圧ポンプモータ２４，２８および高圧流体圧ポンプ３８は、斜軸式または斜板式のアキシャルピストンモータとすることができる。この形式のモータは、軸または板の傾き角を変更することにより容量を可変することができる。これらのポンプおよびモータの作動流体の入口出口は、高圧ポート・低圧ポートが定められ、それぞれ専用に配管されている。すなわち高圧と低圧の反転は行われない。高圧配管３６と低圧配管４０の圧力を一定に保つように、高圧流体圧ポンプ３８の容量制御が行われる。基本的には、高圧および低圧配管３６，４０で構成される回路は、閉回路であり、作動流体は回路内を循環する。しかし、動力吸収時に、また冷却目的で常時に低圧配管４０に対して加圧ポンプ４４により作動流体が供給され、余剰の作動流体はリリーフバルブ４６よりリザーブタンク４２に放出される。
【００１８】
以上のように、回転慣性の小さいポンプモータを、変速機の駆動用モータとして使用したことにより、実際の車両のエンジンと同等の回転慣性量を確保することができた。また、流体圧ポンプモータの一般的特性である高い応答性、低下移転時からも高トルクを発生する出力特性により、車両発進時の変速機の状態も高精度で再現することができる。また、流体圧回路を閉回路とすることにより、リザーブタンクを小型のものとすることができ、装置全体の小型化を図ることができる。
【００１９】
図２は、前述の入力軸増速機２２の概略構成を示す図である。この増速機２２には、トルク検出機が内蔵され、増速機と別体でトルクメータを設ける場合に比して、全体の慣性を低減することができる。
【００２０】
駆動軸１４は、歯車対５２，５４を介して結合される変速機側駆動軸５６とモータ側駆動軸５８を含む。変速機側駆動軸５６の表面には、歪みゲージ６０が貼付されている。このゲージから延びるリードが当該駆動軸５６に設けられた孔を通って、当該駆動軸５６の端に設けられた回転トランス６４に達し、ここから外部に取り出される。また、歯車対５２，５４は、それぞれモータ側および変速機側の駆動軸５８，５６から分離可能とし、交換が可能である。これにより保守整備などの作業性が向上される。また、本来トルク計測精度と、軸強度は相反する要素であるが、これらを最適な熱処理を行った工具鋼系の材料を用いることによりバランスさせ、トルクの測定精度が確保されている。また、試験体である変速機を当該入力軸増速機２２に直接接続すれば、駆動系接続のためのカップリング等が不要であり、入力軸の低慣性が維持され、また、直接的かつ鋭敏なトルク計測が可能である。また、変速機側の駆動軸５６には、３列の軸受を配置し、トルク検出に影響を及ぼす、トルクコンバータ反力、カップリング自重などの偏荷重を相殺している。また、歯車、軸受などに対する強制潤滑のための潤滑油は、増速機内部をチャージタンクとしているため、特殊な潤滑装置が別置きとならず、小型化が達成される。
【００２１】
図３は、軸受ユニット１８，２０の軸受部分の概略構造を示す図である。駆動側および負荷側において、同様の構造であるので、以下、駆動側についてのみ説明し、負荷側については説明を省略する。
【００２２】
駆動軸１４には、スリーブ６６が結合されており、スリーブの外周面には、４本のシールリング６８が軸方向に配置されている。個々のシールリング６８は、スリーブ６６の外周面全周に設けられた管状溝７０内に埋め込まれるように配置され、またリング外周は、軸受７２の内周面に接触している。４本のシールリングによって、軸受は３個の領域に区画される。すなわち、中央よりの二つのシールリングの間の領域である中央領域、この中央領域の両側に位置する二つの側方領域に分けられる。４本のシールリングの更に外側の、軸受７２の内周面にはオイルシール７４が配置されている。
【００２３】
前述のシールリング６８により区画された３個の領域には、それぞれ潤滑油が供給される。流量計７６を通過した潤滑油は、主配管７８によって所定の圧力で中央領域に供給される。また、主配管７８から分離した二つの副配管８０は、それぞれ減圧弁８２が設けられ、減圧された潤滑油が二つの側方領域に供給される。側方領域に供給される潤滑油の圧力は、主領域に供給されるそれに対して減じることにより、主配管７８による供給圧力を高めることが可能となり、軸受の長さを短縮し、装置の小型化が達成される。
【００２４】
図４は、フライホイール３４の支持構造を示す図である。フライホイール３４は、その両側で回転可能に支持されている。軸受は、グリース潤滑されたボールベアリング８４である。軸受ハウジング８６には、潤滑用のグリースおよびボールベアリング８４の熱を放散する放熱フィン８８が設けられている。放熱フィン８８は、熱伝導率が高いアルミニウム合金を使用することが好ましい。また、必要であれば、放熱フィン８８に送風を行いより多くの熱量を放散するようにできる。また、放熱フィン８８は、軸受ハウジング８６に密着配置されるベースプレート９０と一体に設けることができ、このベースプレート９０と軸受ハウジング８６の接合面は、熱伝導を損なわないように良好な面精度（平面度、面粗度）が確保されている。また、必要な面精度が得られないときには、硬度が低く、また熱伝導率の高い材料、例えば銅系合金の材料を介在させることができる。
【００２５】
十分な放熱性を得たことにより、グリースによる潤滑を可能とし、水冷機構などを用いる必要もない。これにより、簡易な構成の軸受ユニットが構成される。
【００２６】
図５は、変速機１２に内蔵され、そのギア段などを制御するためのブレーキ、クラッチに供給する作動流体の供給制御にかかるブロック図である。コンピュータなどの試験モード制御部９２の指令発生部９４より、所定の試験モードに応じた制御信号が送出される。制御信号はサーボアンプ９６を介して、機械系９８のサーボバルブ１００に送られる。サーボバルブ１００は、制御信号に応じた流体圧を発生させ、この圧力が変速機制御用の流体圧回路１０２のバイパスバルブに付与される。そして、流体圧回路１０２により、変速機各部のブレーキ、クラッチ１０４に所定圧力で作動流体が供給される。この供給圧力は、流体圧センサ１０６により検出され、サーボアンプ９６に帰還され、フィードバック系が構成される。
【００２７】
従来、ブレーキ、クラッチ１０４の流体圧制御系において外乱となるのは、作動流体の温度変化による粘度変化、流体圧回路１０２内のバイパスバルブ開度あるいはリーク量変化による系全体のゲイン変化、特にクラッチの回転速度（遠心力）変化による圧力変化、無負荷時のピストン変位変化である。これらの変化は、常時発生し、また非線形要素を含んでいるために、フィードバック信号変動が発生し、通常の制御手法では対応できなかった。例えば、流体圧回路の流体の変化で、粘性が変化すると圧力波形のオーバシュート等の乱れが生じる。このため、応答性をあげることができない。本実施形態においては、現状での制御出力（サーボバルブ開度）指令を実測して制御ループに組み込むことで、制御系の応答性、制御精度が向上している。具体的には、サーボ弁の開度に比例した圧力が発生するように流体圧回路を構成している。また、低圧高温でも安定した開度制御の可能な直動弁回路としている。さらに、作動流体の温度をパラメータとした圧力指令に対する開度指令の関数を自動作成するようにしている。これらにより、圧力指令に対するサーボ弁開度指令を積分器を通さずに直接に指令として出力できるため、圧力制御の応答性が向上している。また、積分器にリミットを取り付け、オーバシュート、アンダーシュートをなくすことができる。また、油圧変化に伴い安定性が向上する。
【００２８】
図６には、駆動軸１４の先端における変速機１２の取り付け方法を示す図である。駆動軸１４の先端には、結合フランジ１０８を介して試験体である変速機１２が結合されている。結合フランジ１０８の軸部の周囲には、両面くさび１１０が配置され、これを挟持ナット１１２で締め付けることにより、摩擦により結合フランジ１０８と駆動軸１４が結合される。駆動軸１４の、結合フランジ１０８に接触する表面には、絶縁性材料を溶射し、被膜を形成し、駆動軸側と変速機側で電気絶縁を行っている。従来、本実施形態のような駆動試験機に対して、摩擦継手の接続高応力下で電気絶縁を目的としたものがない。この条件において、強度、部品精度などを確保するために、Ａｌ₂Ｏ₃（ホワイトアルミナ）をプラズマ溶射し、またこの際の母材の熱変形を生じさせないように温度管理を行い、また溶射被膜の割れを生じさせないように特に角部の形状に留意している。負荷軸側でも同様の処理を行い、電気絶縁を確保する。
【００２９】
前述のように、試験体（変速機）に対して電気的な絶縁を施したのは、変速機内の動力伝達要素、例えば歯車の歯の接触面に形成される潤滑油の膜厚さを計測することを目的としている。これは、歯車対の間に電圧を印加し、このときの電気抵抗を求めることにより測定される。
【００３０】
図７は、解析試験装置１０の制御系のブロック図である。入力流体圧ポンプモータ２４には速度指令が入力される。出力流体圧ポンプモータ２８には、前記速度指令にギア比が乗じられた指令値と、入出力軸の速度差の誤差との和に相当する指令値が入力される。このように回転速度指令と回転速度差指令を別途設け、入出力軸の制御ループを速度指令に対して全体ループと差ループに分割している。また、速度指令、計測部を全て高速ディジタル化し、高精度の制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の変速機動作の解析試験装置の概略構成図である。
【図２】入力軸の増速機のトルク検出装置に関する構成図である。
【図３】駆動軸の軸受構造の概略構成図である。
【図４】フライホイールの支持構造の構成図である。
【図５】変速機の流体圧回路の制御ブロック図である。
【図６】駆動軸と試験体の結合部分の詳細図である。
【図７】解析試験装置の制御にかかるブロック図である。
【符号の説明】
１０試験装置、１２変速機、１４駆動軸、１６負荷軸、１８，２０軸受ユニット、２２入力軸増速機、２４入力流体圧ポンプモータ、２６出力軸増等速機、２８出力流体圧ポンプモータ、３４フライホイール、３６高圧配管、３８高圧流体圧ポンプ、４０低圧配管、４２リザーブタンク、４４加圧ポンプ、４６リリーフバルブ、４８，５０アキュームレータ、６０歪みゲージ、６４回転トランス、６８シールリング、７８主配管、８０副配管、８２減圧弁、８８放熱フィン。

Claims

変速機の動作の解析試験を行う解析試験装置であって、
変速機の入力軸を駆動する入力流体圧モータと、
変速機の出力軸に負荷を付与する出力流体圧モータと、
前記入力流体圧モータおよび前記出力流体圧モータに高圧の作動流体を供給するための高圧流体圧ポンプと、
前記高圧流体圧ポンプからの作動流体を、前記入力流体圧モータおよび前記出力流体圧モータのそれぞれに直接供給する高圧ラインと、
前記入力流体圧モータおよび前記出力流体圧モータのそれぞれから流出する作動流体を前記高圧流体圧ポンプへと直接戻す低圧ラインと、
前記低圧ラインの流体圧を所定範囲に維持する装置と、
を有し、
前記高圧流体圧ポンプは、前記入力流体圧モータおよび前記出力流体圧モータの仕事に応じて作動流体の供給量を制御し、
前記入力流体圧モータと前記出力流体圧モータは、前記高圧ラインと前記低圧ラインの間に並列に設けられている、
変速機の解析試験装置。
請求項１に記載の変速機の解析試験装置において、前記高圧ラインには、当該ラインの流体圧の急峻な変動を吸収する高圧側アキュームレータが設けられている、変速機の解析試験装置。
請求項１に記載の変速機の解析試験装置において、前記低圧ラインには、当該ラインの流体圧の急峻な変動を吸収する低圧側アキュームレータが設けられている、変速機の解析試験装置。
請求項１に記載の変速機の解析試験装置において、前記低圧ラインの流体圧を所定範囲に維持する装置は、
前記低圧ラインの圧力が所定値以上となると、当該低圧ラインの作動流体をリザーブタンクに放出するリリーフバルブと、
前記低圧ラインに対し所定流量の作動流体をリザーブタンクより供給する加圧ポンプと、
を含む、変速機の解析試験装置。
請求項１に記載の変速機の解析試験装置において、前記入力流体圧モータは回転速度指令およびトルク指令に基づき制御され、前記出力流体圧モータは回転速度指令、トルク指令および入出力の回転速度差指令に基づき制御される、変速機の解析試験装置。