JP6090635B2 - 車両用動力伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動源に接続された入力軸の回転を変速して出力軸に伝達する動力伝達ユニットが、前記入力軸の軸線からの偏心量が可変であって該入力軸と共に回転する入力側支点と、前記出力軸に接続されたワンウェイクラッチと、前記ワンウェイクラッチのアウター部材に設けられた出力側支点と、前記入力側支点および前記出力側支点に両端を接続されて往復運動するコネクティングロッドと、前記入力側支点の偏心量を変更する変速アクチュエータとを備える車両用動力伝達装置に関する。

かかるクランク式の動力伝達ユニットを備えた車両用動力伝達装置において、車両が停止した状態でアクセル操作が行われておらず且つブレーキ操作が行われているときに運転者が停止意思を持つと判断し、動力伝達ユニットの偏心ディスクの偏心量をゼロに設定することで、動力伝達ユニットのフリクションを最小限に抑えて燃費の向上を図るものが、下記特許文献１により公知である。

特開２０１３−６１０４３号公報

ところで、上記従来のものは、車両が停止した状態でブレーキ操作が行われておらず且つアクセル操作が行われているときに運転者が発進意思を持つと判断し、動力伝達ユニットの偏心ディスクの偏心量をゼロから所定値へと増加させて車両を発進させるようになっているが、変速アクチュエータで偏心ディスクの偏心量をゼロから所定値へと増加させるまでにタイムラグが発生することが避けられず、そのために車両の発進応答性が低下する可能性があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、クランク式の動力伝達ユニットを備える車両用動力伝達装置において、車両の停止後に再発進する際の発進応答性を高めることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、駆動源に接続された入力軸の回転を変速して出力軸に伝達する動力伝達ユニットが、前記入力軸の軸線からの偏心量が可変であって該入力軸と共に回転する入力側支点と、前記出力軸に接続されたワンウェイクラッチと、前記ワンウェイクラッチのアウター部材に設けられた出力側支点と、前記入力側支点および前記出力側支点に両端を接続されて往復運動するコネクティングロッドと、前記入力側支点の偏心量を変更する変速アクチュエータとを備える車両用動力伝達装置であって、運転者の停止意思を検出する停止意思検出手段と、運転者の発進意思を検出する発進意思検出手段と、車両の発進抵抗を算出する発進抵抗算出手段と、前記変速アクチュエータを駆動して前記偏心量を制御する偏心量制御手段とを備え、前記停止意思検出手段が車両の減速走行中に運転者の停止意思を検出すると、次に前記発進意思検出手段が運転者の発進意思を検出するまでの間、前記発進抵抗算出手段が車両の発進抵抗を算出するとともに、前記偏心量制御手段が前記偏心量をゼロよりも大きく且つ前記発進抵抗に相当する出力トルクを発生する値よりも小さい範囲で制御することを特徴とする車両用動力伝達装置が提案される。

尚、実施の形態の偏心ディスク１８は本発明の入力側支点に対応し、実施の形態のピン１９ｃは本発明の出力側支点に対応し、実施の形態のエンジンＥは本発明の駆動源に対応する。

請求項１の構成によれば、入力軸と共に入力側支点が偏心回転すると、コネクティングロッドを介してワンウェイクラッチのアウター部材が往復揺動し、アウター部材が一方向に揺動したときにワンウェイクラッチが係合し、アウター部材が他方向に揺動したときにワンウェイクラッチが係合解除することで、出力軸が一方向に回転する。変速アクチュエータで入力側支点の偏心量を変更すると、コネクティングロッドの往復移動のストロークが変化し、それに伴ってアウター部材の往復揺動のストロークが変化することで変速比が変更される。

運転者の停止意思を検出する停止意思検出手段と、運転者の発進意思を検出する発進意思検出手段と、車両の発進抵抗を算出する発進抵抗算出手段と、変速アクチュエータを駆動して偏心量を制御する偏心量制御手段とを備え、停止意思検出手段が車両の減速走行中に運転者の停止意思を検出すると、次に発進意思検出手段が運転者の発進意思を検出するまでの間、発進抵抗算出手段が車両の発進抵抗を算出するとともに、偏心量制御手段が偏心量をゼロよりも大きく且つ発進抵抗に相当する出力トルクを発生する値よりも小さい範囲で制御する。これにより、車両の停止状態を維持しながら偏心量を予め増加させることができ、車両の発進時に偏心量を必要な値に増加させるまでのタイムラグが減少して発進応答性が向上する。しかも偏心量の増加は車両の減速走行中から行われるので、車両が停止直後に発進する場合であっても発進応答性の向上が可能になる。

車両用動力伝達装置のスケルトン図。 図１の２部詳細図。 図２の３−３線断面図（ＯＤ状態）。 図２の３−３線断面図（ＧＮ状態）。 ＯＤ状態での作用説明図。 ＧＮ状態での作用説明図。 偏心量制御装置の電子制御ユニットの構成を示す図。 作用を説明するフローチャート。 作用を説明するタイムチャート。 図９のフローチャートの要部詳細図。

以下、図１〜図１０に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１〜図３に示すように、エンジンＥの駆動力を左右の車軸１０，１０を介して駆動輪Ｗ，Ｗに伝達する車両用動力伝達装置は、クランク式の無段変速機ＴおよびディファレンシャルギヤＤを備える。本実施の形態の無段変速機Ｔは同一構造を有する複数個（実施の形態では４個）の動力伝達ユニットＵ…を軸方向に重ね合わせたもので、それらの動力伝達ユニットＵ…は平行に配置された共通の入力軸１１および共通の出力軸１２を備えており、入力軸１１の回転が減速または増速されて出力軸１２に伝達される。

次に、図２〜図６に基づいて無段変速機Ｔの構造を説明する。

先ず、代表として一つの動力伝達ユニットＵの構造を説明する。エンジンＥに接続されて回転する入力軸１１は、電動モータのような変速アクチュエータ１４の中空の回転軸１４ａの内部を相対回転自在に貫通する。変速アクチュエータ１４のロータ１４ｂは回転軸１４ａに固定されており、ステータ１４ｃはケーシングに固定される。変速アクチュエータ１４の回転軸１４ａは、入力軸１１と同速度で回転可能であり、かつ入力軸１１に対して異なる速度で相対回転可能である。

変速アクチュエータ１４の回転軸１４ａを貫通した入力軸１１には第１ピニオン１５が固定されており、この第１ピニオン１５を跨ぐように変速アクチュエータ１４の回転軸１４ａにクランク状のキャリヤ１６が接続される。第１ピニオン１５と同径の２個の第２ピニオン１７，１７が、第１ピニオン１５と協働して正三角形を構成する位置にそれぞれピニオンピン１６ａ，１６ａを介して支持されており、これら第１ピニオン１５および第２ピニオン１７，１７に、円板形の偏心ディスク１８の内部に偏心して形成されたリングギヤ１８ａが噛合する。偏心ディスク１８の外周面に、コネクティングロッド１９のロッド部１９ａの一端に設けたリング部１９ｂがボールベアリング２０を介して相対回転自在に嵌合する。

出力軸１２の外周に設けられたワンウェイクラッチ２１は、コネクティングロッド１９のロッド部１９ａにピン１９ｃを介して枢支されたリング状のアウター部材２２と、アウター部材２２の内部に配置されて出力軸１２に固定されたインナー部材２３と、アウター部材２２とインナー部材２３との間に形成された楔状の空間に配置されてエンゲージスプリング２４…で付勢されたローラ２５…とを備える。

図２から明らかなように、４個の動力伝達ユニットＵ…はクランク状のキャリヤ１６を共有しているが、キャリヤ１６に第２ピニオン１７，１７を介して支持される偏心ディスク１８の位相は各々の動力伝達ユニットＵで９０°ずつ異なっている。例えば、図２において、左端の動力伝達ユニットＵの偏心ディスク１８は入力軸１１に対して図中上方に変位し、左から３番目の動力伝達ユニットＵの偏心ディスク１８は入力軸１１に対して図中下方に変位し、左から２番目および４番目の動力伝達ユニットＵ，Ｕの偏心ディスク１８，１８は上下方向中間に位置している。

次に、車両の停止後に再発進する際に動力伝達ユニットＵの偏心ディスク１８の偏心量εを制御して発進応答性を高める偏心量制御装置を説明する。

図７に示すように、電子制御ユニットよりなる偏心量制御装置は、停止意思検出手段Ｍ１と、発進意思検出手段Ｍ２と、発進抵抗算出手段Ｍ３と、偏心量制御手段Ｍ４とを備える。停止意思検出手段Ｍ１には、車速を検出する車速センサＳａと、ブレーキペダルの操作を検出するブレーキスイッチＳｂと、アクセル開度を検出するアクセル開度センサＳｃとが接続される。発進意思検出手段Ｍ２には、前記ブレーキスイッチＳａと、前記アクセル開度センサＳｂとが接続される。発進抵抗は車体の傾斜角に応じて変化するため、発進抵抗算出手段Ｍ３には車体の傾斜角を検出する傾斜角センサＳｄが接続される。偏心量制御手段Ｍ４は変速アクチュエータ１９の作動を制御し、偏心ディスク１８の偏心量εを制御する。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

先ず、無段変速機Ｔの一つの動力伝達ユニットＵの作用を説明する。変速アクチュエータ１４の回転軸１４ａを入力軸１１に対して相対回転させると、入力軸１１の軸線Ｌ１まわりにキャリヤ１６が回転する。このとき、キャリヤ１６の中心Ｏ、つまり第１ピニオン１５および２個の第２ピニオン１７，１７が成す正三角形の中心は入力軸１１の軸線Ｌ１まわりに回転する。

図３および図５は、キャリヤ１６の中心Ｏが第１ピニオン１５（つまり入力軸１１）に対して出力軸１２と反対側にある状態を示しており、このとき入力軸１１に対する偏心ディスク１８の偏心量が最大になって無段変速機Ｔの変速比は最小のＯＤ（オーバドライブ）状態になる。図４および図６は、キャリヤ１６の中心Ｏが第１ピニオン１５（つまり入力軸１１）に対して出力軸１２と同じ側にある状態を示しており、このとき入力軸１１に対する偏心ディスク１８の偏心量がゼロになって無段変速機Ｔの変速比は無限大のＧＮ（ギヤドニュートラル）状態になる。

図５に示すＯＤ状態で、エンジンＥで入力軸１１を回転させるとともに、入力軸１１と同速度で変速アクチュエータ１４の回転軸１４ａを回転させると、入力軸１１、回転軸１４ａ、キャリヤ１６、第１ピニオン１５、２個の第２ピニオン１７，１７および偏心ディスク１８が一体になった状態で、入力軸１１を中心に反時計方向（矢印Ａ参照）に偏心回転する。図５（Ａ）から図５（Ｂ）を経て図５（Ｃ）の状態へと回転する間に、偏心ディスク１８の外周にリング部１９ｂをボールベアリング２０を介して相対回転自在に支持されたコネクティングロッド１９は、そのロッド部１９ａの先端にピン１９ｃで枢支されたアウター部材２２を反時計方向（矢印Ｂ参照）に回転させる。図５（Ａ）および図５（Ｃ）は、アウター部材２２の前記矢印Ｂ方向の回転の両端を示している。

このようにしてアウター部材２２が矢印Ｂ方向に回転すると、ワンウェイクラッチ２１のアウター部材２２およびインナー部材２３間の楔状の空間にローラ２５…が噛み込み、アウター部材２２の回転がインナー部材２３を介して出力軸１２に伝達されるため、出力軸１２は反時計方向（矢印Ｃ参照）に回転する。

入力軸１１および第１ピニオン１５が更に回転すると、第１ピニオン１５および第２ピニオン１７，１７にリングギヤ１８ａを噛合させた偏心ディスク１８が反時計方向（矢印Ａ参照）に偏心回転する。図５（Ｃ）から図５（Ｄ）を経て図５（Ａ）の状態へと回転する間に、偏心ディスク１８の外周にリング部１９ｂをボールベアリング２０を介して相対回転自在に支持されたコネクティングロッド１９は、そのロッド部１９ａの先端にピン１９ｃで枢支されたアウター部材２２を時計方向（矢印Ｂ′参照）に回転させる。図５（Ｃ）および図５（Ａ）は、アウター部材２２の前記矢印Ｂ′方向の回転の両端を示している。

このようにしてアウター部材２２が矢印Ｂ′方向に回転すると、アウター部材２２とインナー部材２３との間の楔状の空間からローラ２５…がエンゲージスプリング２４…を圧縮しながら押し出されることで、アウター部材２２がインナー部材２３に対してスリップして出力軸１２は回転しない。

以上のように、アウター部材２２が往復回転したとき、アウター部材２２の回転方向が反時計方向（矢印Ｂ参照）のときだけ出力軸１２が反時計方向（矢印Ｃ参照）に回転するため、出力軸１２は間欠回転することになる。

図６は、ＧＮ状態で無段変速機Ｔを運転するときの作用を示すものである。このとき、入力軸１１の位置は偏心ディスク１８の中心に一致しているので、入力軸１１に対する偏心ディスク１８の偏心量はゼロになる。この状態でエンジンＥで入力軸１１を回転させるとともに、入力軸１１と同速度で変速アクチュエータ１４の回転軸１４ａを回転させると、入力軸１１、回転軸１４ａ、キャリヤ１６、第１ピニオン１５、２個の第２ピニオン１７，１７および偏心ディスク１８が一体になった状態で、入力軸１１を中心に反時計方向（矢印Ａ参照）に偏心回転する。しかしながら、偏心ディスク１８の偏心量がゼロであるため、コネクティングロッド１９の往復運動のストロークもゼロになり、出力軸１２は回転しない。

従って、変速アクチュエータ１４を駆動してキャリヤ１６の位置を図３のＯＤ状態と図４のＧＮ状態との間に設定すれば、無限大変速比および最小変速比間の任意の変速比での運転が可能になる。

無段変速機Ｔは、並置された４個の動力伝達ユニットＵ…の偏心ディスク１８…の位相が相互に９０°ずつずれているため、４個の動力伝達ユニットＵ…が交互に駆動力を伝達することで、つまり４個のワンウェイクラッチ２１…の何れかが必ず係合状態にあることで、出力軸１２を連続回転させることができる。

次に、車両の発進応答性を高めるための偏心量制御装置の作用を説明する。

図８のフローチャートのステップＳ１で、車速センサＳａで検出した車速が減速・停止判定車速未満であり、且つブレーキスイッチＳａがオンするか、アクセル開度センサＳｂで検出したアクセル開度がゼロのとき、停止意思検出手段Ｍ１は車両が減速走行中であって運転者が停止意思を持つと判断し、ステップＳ２で、発進抵抗算出手段Ｍ３は傾斜角センサＳｄで検出した車体の傾斜角に基づいて車両の発進抵抗を算出する。そしてステップＳ３で、偏心量制御手段Ｍ４は発進抵抗よりも僅かに小さい出力トルクを発生させるための偏心ディスク１８の発進準備偏心量を算出し、この発進準備偏心量を目標値として偏心ディスク１８の偏心量εを制御する。これにより、ステップＳ４で車両が停止したとき、偏心ディスク１８の偏心量εは既に発進準備偏心量になっており、この発進準備偏心量でコネクティングロッド１９が往復運動してワンウェイクラッチ２１が係合することで、出力軸１２から駆動輪Ｗ，Ｗまでの動力伝達経路のガタが消滅して動力伝達部材の捩じれ等により所定のトルクが蓄積される。しかしながら、発進準備偏心量により発生する出力トルクは発進抵抗よりも小さいため、運転者の意思に反して車両が発進することはない。

続くステップＳ５で、運転者が車両を発進させようとし、ブレーキスイッチＳｂがオフするか、アクセル開度センサＳｃで検出したアクセル開度がゼロから増加すると、発進意思検出手段Ｍ２は運転者が発進意思を持つと判断し、偏心量制御手段Ｍ４は偏心ディスク１８の偏心量εを発進準備偏心量から発進時に必要な偏心量εへと増加させることで、出力トルクが発進抵抗を上回って車両が発進する。

このとき、仮に偏心ディスク１８の偏心量εをゼロから発進時に必要な偏心量εへと増加させると、その時間分だけ発進が遅れてしまうが、本実施の形態によれば、運転者の発進意思が検出された時点で既に偏心量εは発進準備偏心量まで増加しているため、車両の発進応答性を高めることができる。しかも偏心量εを発進準備偏心量まで増加させる制御は車両の減速走行中から行われるため、車両が停止した瞬間には偏心量εが発進準備偏心量になっていることが保証されており、停止直後に発進する場合であっても発進応答性の向上が可能になる。

上記作用を図９のタイムチャートに基づいて更に具体的に説明する。実線は本実施の形態に対応し、破線は比較例に対応する。

実線で示す本実施の形態では、減速走行中の車両が時刻ｔ３に停止すると、時刻ｔ４にそれまでアイドリング運転していたエンジンがアイドリングストップ制御により停止し、時刻ｔ５に発進動作の開始によりエンジンが始動してエンジン回転数が増加すると、車両は遅滞なく発進して車速が増加する。車両の減速走行中に車速が低下すると、それに応じて偏心ディスク１８の偏心量εも減少するが、車両の停止前の時刻ｔ２に偏心量εが発進準備偏心量に達すると、それ以降は偏心量εが発進準備偏心量に維持されてゼロに減少することはない。

無段変速機Ｔから駆動輪Ｗ，Ｗに出力される出力トルクは車両の減速走行中はゼロになるが、偏心量εが発進準備偏心量に維持される直前の時刻ｔ１にゼロから立ち上がり、車両が停止した時刻ｔ３には発進抵抗に相当する出力トルクを発生させる偏心量εよりも僅かに小さい値に維持される。これにより、時刻ｔ５に車両が発進する際の発進応答性が確保される。

一方、破線で示す比較例では、車両が停止する時刻ｔ３以前の時刻ｔ２に偏心量εがゼロになり、エンジンがアイドリングストップする時刻ｔ４になって初めて偏心量εがゼロから発進準備偏心量に向けて増加するため、時刻ｔ５に車両の発進動作が行われるのと同時に偏心量εを発進に必要な値に増加させても、無段変速機Ｔの下流の動力伝達経路のガタが詰まって出力トルクが立ち上がるのが遅れるので、本来の時刻ｔ５よりも遅れた時刻ｔ６に車両が発進し、発進応答性が低下することになる。

偏心量εを発進準備偏心量に維持することで無段変速機Ｔの下流の動力伝達経路にトルクが蓄積される原理は以下の通りである。

図９の部分詳細図である図１０において、偏心ディスク１８の偏心量εに応じたストロークでコネクティングロッド１９が往復運動し、それに応じてワンウェイクラッチ２１のアウター部材２２が往復揺動する。アウター部材２２の往復揺動の角速度はゼロを挟んで正負に変動し、その振幅は偏心量εの減少に比例して減少する。アウター部材２２の正方向（ワンウェイクラッチ２１の係合方向）の揺動角速度が出力軸１２の回転角速度を上回ると（網かけ部分参照）、ワンウェイクラッチ２１が係合してエンジンＥのトルクが出力軸１２を経て駆動輪Ｗ，Ｗに伝達されるため、その部分で出力軸１２および駆動輪Ｗ，Ｗ間の動力伝達経路に動力伝達部材の捩じれ等によりトルクが蓄積される。

比較例では、車両の停止前に偏心量εを発進準備偏心量に維持する制御を行わないため、アウター部材２２の正方向の揺動角速度が出力軸１２の回転角速度を上回ることはなく、よってトルクが蓄積されることはない。一方、本実施の形態では、車両の停止前に偏心量εを発進準備偏心量に維持する制御を行うため、アウター部材２２の正方向の揺動角速度が出力軸１２の回転角速度を間欠的に上回り、よって出力軸１２および駆動輪Ｗ，Ｗ間の動力伝達経路にトルクが蓄積される。

尚、偏心ディスク１８の偏心量εを発進準備偏心量に増加させたとき、エンジンＥが停止していてもコネクティングロッド１９を往復運動させてトルクを蓄積することができる。その理由は、偏心量εを増加させるべく変速アクチュエータ１４を駆動すると、偏心ディスク１９は入力軸１１の周囲を偏心回転しながら偏心量εが増加するため、この偏心回転によりコネクティングロッド１９が往復運動してワンウェイクラッチ２１が係合し、出力軸１２が回転してトルクが蓄積されるためである。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態では発進準備偏心量を発進抵抗に相当する出力トルクを発生する偏心量εよりも僅かに低い値に設定しているが、発進準備偏心量をゼロよりも大きく且つ発進抵抗に相当する出力トルクを発生する偏心量εよりも小さい範囲に設定することができる。

１１ 入力軸
１２ 出力軸
１４ 変速アクチュエータ
１８ 偏心ディスク（入力側支点）
１９ コネクティングロッド
１９ｃ ピン（出力側支点）
２１ ワンウェイクラッチ
２２ アウター部材
Ｅ エンジン（駆動源）
Ｍ１ 停止意思検出手段
Ｍ２ 発進意思検出手段
Ｍ３ 発進抵抗算出手段
Ｍ４ 偏心量制御手段
Ｕ 動力伝達ユニット
ε 偏心量

Claims (1)

1. 駆動源（Ｅ）に接続された入力軸（１１）の回転を変速して出力軸（１２）に伝達する動力伝達ユニット（Ｕ）が、
   前記入力軸（１１）の軸線からの偏心量（ε）が可変であって該入力軸（１１）と共に回転する入力側支点（１８）と、
   前記出力軸（１２）に接続されたワンウェイクラッチ（２１）と、
   前記ワンウェイクラッチ（２１）のアウター部材（２２）に設けられた出力側支点（１９ｃ）と、
   前記入力側支点（１８）および前記出力側支点（１９ｃ）に両端を接続されて往復運動するコネクティングロッド（１９）と、
   前記入力側支点（１８）の偏心量（ε）を変更する変速アクチュエータ（１４）とを備える車両用動力伝達装置であって、
   運転者の停止意思を検出する停止意思検出手段（Ｍ１）と、運転者の発進意思を検出する発進意思検出手段（Ｍ２）と、車両の発進抵抗を算出する発進抵抗算出手段（Ｍ３）と、前記変速アクチュエータ（１４）を駆動して前記偏心量（ε）を制御する偏心量制御手段（Ｍ４）とを備え、
   前記停止意思検出手段（Ｍ１）が車両の減速走行中に運転者の停止意思を検出すると、次に前記発進意思検出手段（Ｍ２）が運転者の発進意思を検出するまでの間、前記発進抵抗算出手段（Ｍ３）が車両の発進抵抗を算出するとともに、前記偏心量制御手段（Ｍ４）が前記偏心量（ε）をゼロよりも大きく且つ前記発進抵抗に相当する出力トルクを発生する値よりも小さい範囲で制御することを特徴とする車両用動力伝達装置。

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