JP5159668B2

JP5159668B2 - チェーン式無段変速機の騒音低減装置

Info

Publication number: JP5159668B2
Application number: JP2009043388A
Authority: JP
Inventors: 淳波多; 克行金中
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2029-02-26
Also published as: JP2010196827A

Description

本発明は伝動体として金属チェーンを使用した車両用無段変速機の騒音低減装置に関するものである。

従来より、金属ベルトを使用した車両用無段変速機が開発され、一部実用化されているが、金属ベルトに代わる伝動体として金属チェーンを使用した無段変速機も提案されている。金属チェーンは、複数のリンクとこれらを連結する複数のピンとを備え、プーリのシーブ面とピンの端面との間の接触摩擦力によって駆動力を発生させるものである。

金属チェーンは金属ベルトに比べて、最小変速比や最大変速比のように伝動体のプーリに対する巻き掛け径が小さい時の発熱量が少なく、動力損失が少ないという優れた特徴がある。その反面、チェーンはベルトに比べて騒音が大きい。騒音には、ピン次数音とジャー音と呼ばれる音とがある。このうち、ピン次数音はピンとシーブ面との接触により発生する音であり、車速の変化につれて各次数音の周波数も変化する。一方、ジャー音はピン次数音とは異なり、低車速から高車速に至るまでほぼ一定した周波数成分（例えば２５００〜４０００Ｈｚ）を持つ騒音である。

特許文献１には、チェーンのピンがシーブ面へ突入する時に発生する打音を抑制するため、ピン長手方向に作用する力に対する剛性が相違する複数種のピンを使用したチェーン式無段変速機が開示されている。しかしながら、このチェーン構造はピン次数音の低減を目的としたものであり、ジャー音の抑制には効果がない。従来では、ピン次数音もジャー音もチェーン騒音として一律に扱われており、これら騒音はチェーン構成要素の形状を工夫（ピッチをランダムに変更したり、ピンの長さをランダムに変える等）することで低減できると考えられていたが、実際にはジャー音は低減できていない。

本発明者がジャー音の発生について検討したところ、減速時の挟圧力（セカンダリプーリによるチェーンのクランプ力）が低い領域で顕著に発生していることが判明した。チェーン挟圧力は、燃費の低下を抑制しつつ、チェーンとプーリとの間のすべりを防止するため、通常は入力軸トルクと変速比とに応じて設定される（例えば特許文献２参照）。したがって、入力軸トルクがマイナスになる減速時（アクセルＯＦＦ時）には、当然ながら挟圧力も低くなる。この減速時の挟圧力の低い領域に、ジャー音が顕著になる領域がある。加速時にもジャー音は発生していると考えられるが、加速時は暗騒音が高いので、ジャー音は目立たないのに対し、減速時は暗騒音が低いため、乗員にとって特に耳障りな騒音になる。

ＷＯ２００５／０３８２９５号公報特開２００４−３５３７０３号公報

本発明の目的は、減速時の挟圧力が低い領域で発生するチェーンのジャー音を効果的に低減できる無段変速機の騒音低減装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明は、複数のリンクとこれらを連結する複数のピンとを備えた金属チェーンを一対のプーリに巻き掛け、前記プーリのシーブ面と前記ピンの端面との間の接触摩擦力により駆動力を発生させると共に、前記チェーンの巻き掛け径を油圧によるチェーン挟圧力によって連続的に変更可能な車両用無段変速機において、前記チェーン挟圧力を得る油圧として、少なくとも入力軸トルクと変速比とに依存して、チェーンとプーリとの間の滑りを防止できる第１の設定油圧を設定する第１の手段と、前記チェーンとプーリとの間で発生するジャー音が過大になる減速領域を、少なくとも入力軸トルクと挟圧油圧とから予め特定する第２の手段と、走行状態が前記ジャー音の過大発生領域以外の領域であれば、前記プーリの挟圧油圧を前記第１の設定油圧に制御し、前記ジャー音の過大発生領域であれば、前記チェーン挟圧油圧を前記第１の設定油圧よりも高い第２の設定油圧に制御する第３の手段と、を備えたことを特徴とするチェーン式無段変速機の騒音低減装置を提供する。

本発明では、まずジャー音の過大な発生領域である減速時の挟圧力が低い領域を予め特定しておく。ジャー音の過大発生領域は、製造段階でユニットの特性試験を行うことによって特定できる。例えば縦−横軸として入力軸トルクと挟圧油圧とを取り、各点における所定周波数（例えば２５００〜４０００Ｈｚ）の音圧レベルを測定することで、簡単にジャー音の過大発生領域をマップとして特定できる。通常の無段変速機の場合、すべりを防止できる必要挟圧油圧（第１の設定油圧）は、まさにジャー音のピーク領域に対応している。

そこで、本発明では、ジャー音が顕著に現れる減速時の挟圧力が低い領域においてのみ、必要挟圧力より高い挟圧力に設定した。例えば、必要挟圧油圧の値がＸである場合、これより高い油圧、例えばＸ値よりも０．５ＭＰａ高い値に挟圧油圧を上昇させると、ジャー音を大幅に低減できた。減速時に挟圧油圧を一時的に上昇させても、限定された領域であるため、燃費低下やチェーンの磨耗への影響は殆どない。

第２の手段によって特定されるジャー音の過大発生領域の特定に、車速条件を加えてもよい。ジャー音はほぼすべての車速領域で発生するが、特に５０ｋｍ／ｈ以下の減速領域では、挟圧油圧を高くすることで、ジャー音を効果的に低減できることがある。特に、３０〜４０ｋｍ／ｈの範囲において顕著である。なお、５０ｋｍ／ｈ以上の減速領域でもジャー音は発生するが、この領域では、挟圧油圧を必要油圧より高く（例えば、０．５ＭＰａ増圧）すると、かえってジャー音が高くなる場合がある。その場合には、５０ｋｍ／ｈ以上の高車速領域では、挟圧油圧の上昇制御をしない方がよい。

以上のように、本発明にかかるチェーン式無段変速機の騒音低減装置によれば、ジャー音が顕著に現れる減速時の挟圧力が低い領域においてのみ、必要挟圧力より高い挟圧力としたので、ジャー音を効果的に低減できる。減速時に挟圧油圧を一時的に上昇させても、限定された領域であるため、燃費低下への影響を小さくできる。

本発明にかかる無段変速機の一例のスケルトン図である。図１に示す無段変速機に使用されるチェーンの一例の斜視図である。無段変速機を制御するための制御ブロック図である図１に示す無段変速機の油圧回路図の一例である。減速時におけるジャー音の音圧レベルと車速との関係を示す図である。入力軸トルクと挟圧との関係を示すマップ図である。本発明にかかるジャー音低減制御方法の一例のフローチャート図である。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を、実施例を参照して説明する。

図１は本発明にかかる無段変速機の一例を示す。この実施例の無段変速機はＦＦ横置き式の自動車用変速機であり、大略、エンジン出力軸１によりトルクコンバータ２を介して駆動される入力軸３、入力軸３の回転を正逆切り替えて駆動軸１０に伝達する前後進切替装置４、駆動プーリ１１と従動プーリ２１と両プーリ間に巻き掛けられたチェーン４０とからなる無段変速装置Ａ、従動軸２０の動力を出力軸３２に伝達するデファレンシャル装置３０などで構成されている。入力軸３と駆動軸１０とは同一軸線上に配置され、従動軸２０とデファレンシャル装置３０の出力軸３２とが入力軸３に対して平行でかつ非同軸に配置されている。したがって、この無段変速機は全体として３軸構成とされている。

この実施例で用いられるチェーン４０は、例えば特許文献１と同様の構造を有するチェーンである。このチェーン４０は、図２に示すように、複数の金属製リンク４１と、これらリンク４１を相互に連結する複数の金属製ピン４２と、ピン４２よりも長手方向の長さが若干短い複数の金属製ストリップ４３とから構成されている。ピン４２とストリップ４３は、リンク４１に形成された貫通穴４１ａに一本ずつ隣接して挿通されている。ピン４２の端面はストリップ４３の端面よりもチェーン幅方向外側に突出しており、その端面がプーリのシーブ面と接触することになる。

トルクコンバータ２のポンプインペラ２ａはエンジン出力軸１と連結され、タービンランナ２ｂは入力軸３に連結されている。入力軸３とポンプインペラ２ａとの間にロックアップクラッチ２ｃが設けられている。

前後進切替装置４は、遊星歯車機構６と逆転ブレーキＢ１と直結クラッチＣ１とで構成されている。遊星歯車機構６のサンギヤ６ａは入力軸３に連結され、リングギヤ６ｂは駆動軸１０に連結されている。この実施例の遊星歯車機構６はシングルピニオン方式であり、逆転ブレーキＢ１はピニオンギヤ６ｃを支えるキャリア６ｄと変速機ケース５との間に設けられ、直結クラッチＣ１はキャリア６ｄとサンギヤ６ａまたは入力軸３との間に設けられている。直結クラッチＣ１を解放して逆転ブレーキＢ１を締結すると、入力軸３の回転が逆転され、かつ減速されて駆動軸１０へ伝えられ、前進走行状態となる。一方、逆転ブレーキＢ１を解放して直結クラッチＣ１を締結すると、遊星歯車機構６のキャリア６ｄとサンギヤ６ａとが一体に回転するので、入力軸３と駆動軸１０とが直結され、後進走行状態となる。

無段変速装置Ａの駆動プーリ１１は、駆動軸１０上に一体に形成された固定シーブ１１ａと、駆動軸１０上に軸方向移動自在に、かつ一体回転可能に支持された可動シーブ１１ｂと、可動シーブ１１ｂの背後に設けられた作動油室１２とを備えている。作動油室１２への油圧を制御することにより、変速制御が実施される。従動プーリ２１は、従動軸２０上に一体に形成された固定シーブ２１ａと、従動軸２０上に軸方向移動自在に、かつ一体回転可能に支持された可動シーブ２１ｂと、可動シーブ２１ｂの背後に設けられた作動油室２２とを備えている。作動油室２２の油圧を制御することにより、トルク伝達に必要な挟圧力が与えられる。なお、作動油室２２には初期挟圧力を与えるスプリングを配置してもよい。

従動軸２０の一端部はエンジン側に向かって延び、この一端部に出力ギヤ２７が固定されている。出力ギヤ２７はデファレンシャル装置３０のリングギヤ３１に噛み合っており、デファレンシャル装置３０から左右に延びる出力軸３２に動力が伝達され、車輪が駆動される。

図３は、無段変速機を制御するための制御ブロック図である。電子制御装置（ＥＣＵ）５０には、エンジン回転数センサ５１、駆動プーリ回転数センサ５２、車速センサ（従動プーリ回転数センサ）５３、スロットルセンサ５４、シフトポジションセンサ５５などが接続され、これらセンサから信号が入力されている。駆動プーリ回転数センサ５２は駆動プーリ１１の回転速度に対応した信号を出力し、車速センサ５３は従動プーリ２１の回転速度に対応した信号を出力し、スロットルセンサ５４はスロットル開度に応じた信号を出力し、シフトポジションセンサ５５はシフトレバーの位置に対応した信号を出力する。電子制御装置５０は、後述するソレノイドバルブ６３、６４と接続され、プーリ比、スロットル開度、エンジン回転数などの運転信号に基づいて、予め決められたプログラムに従って各ソレノイドバルブ６３，６４を制御している。

図３では、説明を簡単にするため５個のセンサと２個のソレノイドバルブとを備えた例について説明したが、前記センサ以外に各種の運転状態を検出するセンサを備えてもよいし、前記ソレノイドバルブ以外に各種制御用のソレノイドバルブを備えてもよいことは勿論である。

図４は無段変速機の駆動プーリ１１の油圧と従動プーリ２１の油圧を制御するための油圧回路図の一例を示す。図４において、６０はオイルポンプ、６１はレギュレータバルブ、６２はソレノイドモジュレータバルブ、６３は変速制御用ソレノイドバルブ、６４は挟圧制御用ソレノイドバルブ、６５は変速制御用コントロールバルブ、６６は挟圧制御用コントロールバルブである。なお、図４では説明を簡単にするために、変速制御用ソレノイドバルブ６３及び変速制御用コントロールバルブ６５をそれぞれ単一の弁で構成したが、アップシフト用及びダウンシフト用で個別の弁で構成することもできる。その他、マニュアルバルブ、ロックアップ制御用バルブ、クラッチ圧制御用バルブ、ブレーキ圧制御用バルブ、ガレージシフトバルブ等、他の機能を持つバルブを追加してもよいことは勿論である。ソレノイドバルブ６３、６４はデューティソレノイドバルブでもよいし、リニアソレノイドバルブでもよい。

レギュレータバルブ６１は、オイルポンプ６０の吐出圧を所定のライン圧Ｐ_L に調圧するバルブである。なお、レギュレータバルブ６１に例えばソレノイドバルブ６４や他のバルブから信号圧を入力することにより、ライン圧Ｐ_L をソレノイド圧や他のバルブの出力圧に応じて調圧してもよい。ソレノイドモジュレータバルブ６２は、ライン圧を調圧して一定のモジュレータ圧を得るためのバルブである。

変速制御用ソレノイドバルブ６３は、電子制御装置５０から入力される電気信号に応じてモジュレータ圧を調整し、その出力圧（ソレノイド圧）を変速制御用コントロールバルブ６５へ信号圧として供給している。変速制御用コントロールバルブ６５は、入力されるライン圧を、変速制御用ソレノイドバルブ６３から供給される信号圧に比例した油圧に調圧し、駆動プーリ１１の作動油室１２へ供給している。

挟圧制御用ソレノイドバルブ６４は、電子制御装置５０から入力される電気信号に応じてモジュレータ圧を調整し、その出力圧（ソレノイド圧）を挟圧制御用コントロールバルブ６６の信号圧として供給している。挟圧制御用コントロールバルブ６６は、入力されるライン圧を、挟圧制御用ソレノイドバルブ６４から供給される信号圧に比例した油圧に調圧し、従動プーリ２１の作動油室２２に挟圧油圧として供給している。電子制御装置５０は、エンジン出力とトルクコンバータの諸元とから無段変速装置Ａへの入力トルクを推定し、入力トルクと変速比とから必要挟圧を計算し、必要挟圧を満たすソレノイドバルブ６４への指示電流を計算／出力する機能を備えている。必要挟圧（第１設定油圧）は、チェーンとプーリとの間ですべりが生じないチェーン挟圧力を生じる必要最低限の油圧であり、油圧値Ｘとして設定されている。また、電子制御装置５０は、走行状態がジャー音の過大発生領域にあるときのみ、必要挟圧より高い第２設定油圧Ｙ値（例えばＸ＋０．５ＭＰａ）に上昇させる機能を備えている。

図５は、チェーン挟圧油圧（作動油室２２の油圧）をチェーン滑りのない限界のＸ値とＸよりも所定圧（０．５ＭＰａ）増圧したＹ値とに維持して減速した場合に、車速とジャー音の音圧レベルとを測定したものである。ここで、ミッション単体のジャー音（周波数２５００Ｈｚ〜４０００Ｈｚ）を測定した。図５から明らかなように、チェーン挟圧油圧値をＹとした場合には、３０〜４０ｋｍ／ｈ付近でジャー音の音圧レベルが油圧値Ｘの時よりも３〜４ｄＢ低くなり、逆に５０〜６０ｋｍ／ｈ付近ではジャー音の音圧レベルは油圧値Ｘの時よりも６〜７ｄＢ高いことがわかる。特に、５０〜６０ｋｍ／ｈ付近での音圧レベルは最大ピークを示しており、この領域は避ける必要がある。したがって、３０〜４０ｋｍ／ｈ付近では油圧値をＹにし、５０〜６０ｋｍ／ｈ付近では油圧値をＸとした方がジャー音の音圧レベルが低くなることがわかる。

図６は、車速３０〜４０ｋｍ／ｈ、変速比Ｈｉｇｈ状態で、入力軸トルクと挟圧油圧とを変化させたときのミッション単体のジャー音（周波数２５００〜４０００Ｈｚ）のマップデータである。白地部分はチェーンにすべりが発生し、トルク伝達できない領域である。このマップデータは電子制御装置５０に記憶されている。図６からわかるように、入力軸トルクが負（減速時）でかつ挟圧油圧が低い領域で、ジャー音の音圧レベルが大きくなることがわかる。特に、入力軸トルクのａ領域かつ挟圧油圧のｂ領域において、ジャー音のピーク領域が存在する。

本発明では、このジャー音の過大な発生領域を特定し、その発生領域でのみチェーン挟圧油圧を高くすることで、ジャー音を低減している。例えば、ａ領域内のａ₁ ラインとｂ領域内のｂ₁ ラインの合致するポイントでは、ジャー音の音圧レベルが９６〜９７ｄＢであるのに対し、ｂ₁ の挟圧油圧をｂ₂ のラインまで上昇させると、９２〜９３ｄＢに低下した。つまり、４ｄＢ低下したことになり、これは音圧レベルを約６０％に低減できたことを意味する。ユニット近傍で９２〜９３ｄＢの音圧レベルであれば、車室内では耳障りな音にはならない。減速時に挟圧油圧を上昇させることは、燃費低下やチェーン磨耗へ影響を与える可能性があるが、挟圧油圧の上昇は一時的であり、かつ限定された領域であるため、燃費低下やチェーン磨耗への影響は殆どない。

図７は、本発明にかかる無段変速機のチェーン挟圧制御の一例を示す。制御を開始すると、まずエンジン回転数、スロットル開度、車速など入力信号から無段変速装置Ａへの入力トルクを推定し（ステップＳ１）、入力トルクと変速比とから従動プーリの必要挟圧を計算する（ステップＳ２）。次に、運転状態がジャー音の過大領域内にあるかどうかを判定する（ステップＳ３）。この判定は、例えば入力軸トルクがａ領域（図６参照）、変速比がＨｉｇｈ、車速が所定車速以下（例えば５０ｋｍ／ｈ以下）などの条件で判定できる。過大領域でないと判定した時は、必要挟圧を満たすソレノイド電流値Ａをソレノイドバルブ６４へ出力する（ステップＳ４）。つまり、通常どおり、チェーンのすべりを防止しうる必要最低限の油圧値Ｘを従動プーリ２１の油室２２に供給する。過大領域であると判定したときは、必要挟圧を満たすソレノイド電流値Ａに対し、所定値αだけ加算した電流値Ａ＋αをソレノイドバルブ６４へ出力する（ステップＳ５）。つまり、必要挟圧より高い油圧値Ｙを従動プーリ２１の油室２２に供給することで、チェーン挟圧を高くし、ジャー音の発生を抑制することができる。

上述の制御では、ジャー音の過大発生領域の判定条件に車速が５０ｋｍ／ｈ以下である場合を加えたが、その理由は、図５に示すように５０ｋｍ／ｈを越える高車速領域では挟圧油圧を高くすると、かえってジャー音が高くなるからである。もし、５０ｋｍ／ｈを越える高車速領域でも、挟圧油圧を高くすることでジャー音が低くなる無段変速機の場合には、車速の判定条件は不要である。

本発明は前記実施例に限定されるものではない。前記実施例では、図２に示すように特許文献１に記載のチェーンを使用したが、チェーン構造は特許文献１に限るものではなく、ジャー音が発生するチェーンを使用する限り、本発明は適用可能である。また、第１の設定油圧の値がＸで、第２の設定油圧の値がＹの例を示したが、これら設定油圧は無段変速機の構造に応じて任意に設定できる。

Ａ無段変速装置
Ｂ１逆転ブレーキ
Ｃ１直結クラッチ
１エンジン出力軸
２トルクコンバータ
３入力軸
１１駆動プーリ
１２作動油室（変速制御用油室）
２１従動プーリ
２２作動油室（挟圧制御用油室）
４０チェーン
４１リンク
４２ピン
５０電子制御装置
５１エンジン回転数センサ
５２駆動プーリ回転数センサ
５３車速センサ
５４スロットルセンサ
６４挟圧制御用ソレノイドバルブ
６６挟圧制御用コントロールバルブ

Claims

複数のリンクとこれらを連結する複数のピンとを備えた金属チェーンを一対のプーリに巻き掛け、前記プーリのシーブ面と前記ピンの端面との間の接触摩擦力により駆動力を発生させると共に、前記チェーンの巻き掛け径を油圧によるチェーン挟圧力によって連続的に変更可能な車両用無段変速機において、
前記チェーン挟圧力を得る油圧として、少なくとも入力軸トルクと変速比とに依存して、チェーンとプーリとの間の滑りを防止できる第１の設定油圧を設定する第１の手段と、
前記チェーンとプーリとの間で発生するジャー音が過大になる減速領域を、少なくとも入力軸トルクと挟圧油圧とから予め特定する第２の手段と、
走行状態が前記ジャー音の過大発生領域以外の領域であれば、前記プーリの挟圧油圧を前記第１の設定油圧に制御し、前記ジャー音の過大発生領域であれば、前記チェーン挟圧油圧を前記第１の設定油圧よりも高い第２の設定油圧に制御する第３の手段と、を備えたことを特徴とするチェーン式無段変速機の騒音低減装置。