JP6368319B2 - 向上した出力密度の可逆可変変速機−rvt - Google Patents
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Description
リングホイールと、中心軸の回りに取り付けられる2つ以上の遊星と、サンホイールとからなり、各部材、すなわち、リングホイールと、中心軸と、サンホイールとが、他の変速機部材との相互作用部を形成するようになっていることと、
リングホイールは、トラクトリックス曲線に従った形状の転動面を有する、中心軸線の回りの軸対称体であり、この面は、牽引力及び圧縮力に耐えるように硬化又はコーティングされることが好ましいことと、
サンホイールはリングホイールと原則的に同じであるが、トラクトリックス曲線の内径及び外径は、リングホイールの内径及び外径とは異なり得ることと、
遊星は基本的に円錐状の転動面を有する遊星ホイールからなり、この面は、牽引力及び圧縮力を伝達するように硬化又はコーティングされることが好ましく、遊星は、ラジアル軸受及びアキシャル軸受又はブッシュによって、遊星フォークの回りに自由に回転するように取り付けられ、上述の円錐体の仮想頂点が、中心軸の軸線と遊星のヒンジの軸線との交点と一致することと、
1つの遊星バリエータの各遊星フォークは、ヒンジ継手の回りに自由に回転することができ、このヒンジ継手の軸線は、中心軸の軸線に対して垂直かつ遊星ホイールの平面に対して平行であり、各遊星フォーク及び各遊星ホイールは、遊星の軸線と中心軸の軸線との間の適用可能な全ての傾斜角に対して互いに干渉しないように設計されていることと、
リングホイールと、遊星と、サンホイールとは、互いに押し付けられ、それにより、転動面は互いに接触し、接触圧力は、所要トルクを伝達するのに十分に高いことと、
中心軸は、伝達比を変更するために、押付け力及び伝達トルクに関して規定の速度で軸方向(長手方向)に移動することと、
リングホイール及びサンホイールのトラクトリックス曲線は双方とも、遊星ホイールの転がり接触点からヒンジ軸線と中心軸の軸線との交点までの長さと同じ長さパラメータLを有し、その場合、Lは、トラクトリックス方程式:+/-x+c=L*(cosα+ln|tan(α/2)|)において用いられ、ここで、cは任意定数であり、αは接触点の接線と中心軸の軸線との間の傾斜角であることと、
基本的に円錐状である、遊星ホイールの転動面の形状は、接触圧力分布を最適化するために、この理論上の形状から凸状に僅かに逸脱することと、
を特徴とする。
第1の遊星バリエータのリングホイールはハウジングに連結され、そのためこのリングホイールは回転することができないが、双方の遊星バリエータの全ての転がり接触部を圧縮する予圧力によって軸方向に移動することができることと、
双方の遊星バリエータの中心軸は、1つの主軸に組み合わされ、変速機入力軸に回転するように連結され、双方向のステアリング力によって軸方向に可動であるが、入力軸は軸方向には移動しないことと、
第1の遊星バリエータのサンホイールは、第2の遊星バリエータのリングホイールに連結され、それにより、組み合わされたサンホイール−リングホイールは、変速機の中心軸線の回りに回転することができることと、
第2の遊星バリエータのサンホイールは、変速機の出力軸に連結され、予圧力の反力がアキシャル軸受を介してハウジングに伝達されることと、
を特徴とする。
ステアリングピストン
遊星:特に遊星ホイール、遊星カバー、遊星軸受、遊星フォークの脚部について
押付け圧力の制御方法
出力軸
・エンジンモデルからの入力トルク
・出力トルクを測定することにより再計算される最適な入力トルク
・ミクロスリップ(microslip:微小な滑り)及び押付け圧力から計算される入力トルク
・ステアリングピストンの測定された位置から計算される理論上の無負荷速度比
・測定された実際の速度比
・エンジンモデルから又は出力トルクを示すモデルからの入力トルク
・任意選択的に、出力トルクを測定することによる入力トルク
・ステアリングピストンの測定された位置から計算される理論上の無負荷速度比
・測定された実際の速度比
a)連続的又は不連続的な制御システムが、前記遊星のそれぞれのアセンブリに統合され、或る特定の負荷が前記滑り面に印加される場合、理論上の頂部のない(non crowned)該遊星ホイール滑り面によって形成される円錐体の先端が、前記遊星フォークのヒンジ軸線と正確に一致することが確実になり、及び/又は、
b)前記遊星ホイールは、上側遊星マントル及び下側遊星マントルによって形成され、前記上側遊星マントルの中立素分が前記遊星ホイール滑り面上の法線力のベクトルと原則的に一致するようになっており、前記下側遊星マントルの中立素分は、前記滑り面の2つの接触領域に作用する接線力によって形成される平面に原則的に存在するようになっており、及び/又は、
c)各遊星は、遊星カバー及び遊星ハブを備え、
前記遊星カバー及び前記遊星ハブは、隙間が全くないか又は予圧を伴って互いに組み付けられ、及び/又は、
前記遊星カバーのディスクは、前記上側遊星マントルが前記遊星ハブによって支持される場所の高さの近くに取り付けられ、及び/又は、
前記遊星カバーは、接触面と前記遊星ハブとの間に少なくとも原則的に平坦なディスクを備え、及び/又は、
d)前記遊星のそれぞれに作用する軸方向力と一部の径方向力とは、1つの円錐軸受又は1つのアキシャル球面ころ軸受が受け、アキシャル球面ころ軸受の傾斜角は、ころ部材の中心に規定され、前記径方向力の残りは1つのラジアル軸受によって支持され、必要に応じて、軸方向負荷に対する外輪の転動面上の法線の傾斜角は20度〜50度の範囲であり、及び/又は、
e)前記遊星フォークの2つの脚部が同一でない、
ことを特徴とする、遊星バリエータ。
a)前記ステアリングピストンは主軸と一緒には回転せず、ハウジングに対して軸方向に移動し、前記主軸をアキシャル軸受を介して軸方向に移動させ、前記ステアリングピストンの油圧又は空気圧は、ピストンリング等の動的シールを一切伴わず、前記ハウジングから直接供給又は排出されること、及び/又は、
b)変速機制御装置が、入力トルク信号又は出力トルク信号、入力速度、速度比、及び速度比変動に基づいて、前記押付けピストンに作用する押付け圧力を計算し、ここでは前記入力トルク信号は、以下の1つ又は2つの入力データのうちの最も高いものであり、該入力データとは、
b1)補助機を含むエンジンモデルから、又は出力トルクを示すモデルからの入力トルク信号、
b2)出力トルク検知装置(図7b)からの任意選択のトルク信号、
であること、及び/又は、
c)該変速機は、サンホイールと軸方向出力軸軸受との間の出力軸に統合された機械的な押付け圧力制御及び滑り防止バックアップを更に備え、前記滑り防止バックアップは、双方向の潤滑された接線傾斜部と、サンホイール軸を調心して維持する調心装置とを備え、前記傾斜部の角度の接線は、軸方向出力軸力に対する最大接線軸力の比率に対応すること、
を特徴とする、態様2に記載の可逆可変変速機。
b3)前記ステアリングピストンの位置を測定することにより得られる理論上の無負荷速度比、又は、押付けピストン位置を測定すること及び要求される駆動方向を知ることによって計算される無負荷速度比と、
b4)前記測定された実際の速度比と、
である、態様3に記載のRVT。
全てのトラクションホイールを互いに押し付ける押付けピストンを伴う押付けシリンダと、比を制御するステアリングピストンを伴うステアリングシリンダとを更に備え、
入力トルク信号、速度比、及び伝達モデルに基づいて押付け圧力を計算する変速機制御装置を特徴とし、ここでは入力トルク信号が以下の2つ又は3つの入力データのうちの最も高いものであり、その入力データとは、
a)補助機を含むエンジンモデルからの入力トルク信号と、
b)伝達比及び損失を考慮して入力トルクに対して再計算される、出力トルク検知装置からの任意選択の入力トルク信号と、
c)実際の速度比及びその変動、実際の押付け圧力、並びに実際のスリップによる伝達モデルを介して計算される入力トルク信号であって、以下の2つの信号、すなわち、
c1)ステアリングピストンの位置を測定することから得られる理論上の無負荷速度比と、
c2)測定された実際の速度比と、
を比較することによって計算される、入力トルク信号と、
である、可逆可変変速機(図7a)。
遊星カバー及び遊星ハブは、隙間が全くないか又は予圧を伴って互いに組み付けられること、
遊星カバーのディスクは、上側遊星マントルが遊星ハブによって支持される場所の高さの近くに取り付けられること、及び/又は、
遊星カバーは、接触面と遊星ハブとの間に少なくとも原則的に平坦なディスクを備えること、
を特徴とする、遊星バリエータ。
1.押付け圧力制御及び滑り防止
押付け圧力の電子的制御法
図6は、全てのトラクションホイールを互いに対して押し当て、摩擦によるトルク伝達を確実にするために、押付け圧力を作用させる押付けピストン21を示している。必要とされるよりも遥かに大きい押付け圧力を印加することは、内部伝達損失を増加させるだけである。したがって、伝達モデルによって必要な押付け圧力を計算することができるように、変速機制御装置がトルクレベルを知ることが重要である。
・フィードフォワードのためのエンジンモデルからの入力トルク
・フィードフォワードのための出力トルク測定装置からの任意選択の入力トルク
・フィードバックのための測定されたスリップ
上述の電子的押付け圧力制御のバックアップとして、滑り防止機能を有する更なる機械的な押付け圧力制御を付加することができる。
本発明の実施形態に設けられる最終防止機能として、エンジンの燃料噴射及び押付け圧力の双方は、トルクピークが変速機のトルク容量を超える場合は常に、同時にゼロにされる。車両は、この防止機能が有効である非常に短い時間惰行する。所要押付け圧力が設計制限を超える場合、過負荷状態が検出される。
本発明の実施形態を参照して、ステアリングシリンダシステムの変速機ハウジングへの統合を、図1及び図6を参照して記載する。
本発明の実施形態は、遊星ホイール滑り面16から遊星フォーク11のヒンジ軸線17までの軸方向距離の連続的な調節機構を有する構造を提供する。この調節機構は、遊星の部材において既存の不可避の製造公差によって生じる遊星間の寸法差を補償する。調節機構により、全ての遊星は、同じ幾何学寸法のころ体を規定する。これは、不所望に生じる伝達比の差、低減したトルク容量、より低い効率、及び、振動を生じる可能性がある不均衡からシステムを保護するのに必要である。
本発明の実施形態において、遊星ホイールは、リングホイール及びサンホイールとの接触領域に生じる大きい法線力に対抗して、トラクションを伝達し、上記接触領域のトラクションから生じる伝達される接線力とは独立するように設計される。法線力の値は、変速機のサイズ及び伝達トルクによって決まるが、図示の例では例えば約30 kNに達することができる。法線力に対するトラクション力の関係は、システムの摩擦係数によって制限される。法線力が大きくなるほど、より多くのトルクを伝達することができる。
図2に示されているように、本発明の実施形態は、遊星ハブ9に取り付けられる遊星カバー10を有する遊星を提供する。ここでは、遊星ハブ9及び遊星ホイール6の変形を回避するために、隙間が存在しない。遊星カバー10がない場合、上側遊星マントル7によって遊星ハブ9の上側リムに伝達される法線力に起因して、遊星ハブ9の円形縁は楕円形に変形する。
大きい軸方向力が遊星の軸受に作用する。さらに、これらの軸受はまた、径方向力に起因して負荷を受ける。国際出願PCT/EP2008/057009号に記載されているように、同様に図9に示されているラジアル軸受は、径方向負荷を受ける。遊星ホイールの特定の負荷に対処するように、より単純かつより効果的な軸受構成を使用することができる。
多くの変速機用途において、大半の駆動は前進で行われる。したがって、遊星フォークの材料の寿命は、主として前進駆動中の応力によって決まる。前進時の全ての比において、遊星フォークの曲げモーメントは同じ向きで現れる。結果として、遊星フォークの1つの脚部は、遊星フォークの他の脚部よりも遥かに多い負荷を受ける。
・トラック:多くの比、低比及び高比を高効率とともに必要とする。ごみ収集トラックは、クラッチが摩耗することがなくなり、より一層効率的に走行する。
・市街バスは、頻繁な発車にスリップクラッチ又はスリップトルクコンバーターを用いないことにより、より一層効率的に走行する。その上、低速での無制限のトルク増幅に起因してエンジントルクが極度に低いため、バスを発車するのにエンジンの速度を上げる必要がない。
・オフハイウェイ
○大型の草刈機等、最低速(creeper speed:微速)と、低速での良好な効率とが重要である用途
○双方の走行方向におけるスムーズな低速の操作能力と、(前進2速ギアに匹敵する)比較的高速の後進とを必要とするリフトトラック
○変動する接地抵抗とは独立して低速が制御可能でなければならない伸縮ブーム式ハンドラのような機械
・運動エネルギー回生システム(KERSとして知られる)は、フライホイールとエンジンとの間にスリップ部材を用いずに動力を伝達することができる。同時に、この車両はRVTによっても駆動される。
・変速機の「出力部」が非常に低速で回転するプロペラに連結され、「入力部」が発電機を駆動する風力タービン。
・動力を可変速度で伝達しなければならない他の工業用途。
2 ハウジング
3 ステアリングピストン
4 アキシャル軸受
5 主軸
6 遊星ホイール
7 上側遊星マントル
8 下側遊星マントル
9 遊星ハブ
10 遊星カバー
11 遊星フォーク
12 遊星軸
13 止めねじ
14 円錐軸受
15 ラジアル軸受
16 遊星ホイール滑り面
17 遊星フォークのヒンジ軸線
18 上側中立素分
19 下側中立素分
20 カリバー
21 押付けピストン
22 傾斜部を有するサンホイール
23 傾斜部を有する出力軸
24 接線方向傾斜部
25 外輪の転動面上の法線の傾斜角
26 径方向力
27 軸方向力
28 径方向力と軸方向力との合力
29 合力の角度
図2
SEE DETAIL A 細部Aを参照
DETAIL A 細部A
SCALE 4.000 倍率4.000
図7a
Engine model エンジンモデル
Input torque signal 入力トルク信号
Output torque sensor 出力トルクセンサー
Output torque signal 出力トルク信号
Speed sensors 速度センサー
Measured speed ratio 測定された速度比
Position sensor 位置センサー
Position signal 位置信号
Pressure sensor 圧力センサー
Squeezing pressure 押付け圧力
Transmission model 伝達モデル
No load speed ratio 無負荷速度比
Actual slip 実際のスリップ
Max 最大
Input torque 入力トルク
図7b
Engine model エンジンモデル
Input torque signal 入力トルク信号
Output torque sensor 出力トルクセンサー
Output torque signal 出力トルク信号
Speed sensors 速度センサー
Measured speed ratio 測定された速度比
Position sensor 位置センサー
Position signal 位置信号
Transmission model 伝達モデル
No load speed ratio 無負荷速度比
Actual slip 実際のスリップ
PID-controller PID制御装置
Squeezing pressure 押付け圧力
Feed-back フィードバック
Max 最大
Input torque 入力トルク
Feed-forward フィードフォワード
Summation 合計
図9
UPPER HALF POSITION OF HIGHEST SPEED RATIO IN FORWARD 前進最大速度比の上半分位置
LOWER HALF POSITION OF HIGHEST SPEED RATIO IN REVERSE 後進最大速度比の下半分位置
Claims (9)
- 可変変速機又は可逆変速機のサブシステムとして機能する遊星バリエータであって、該遊星バリエータは、リングホイールと、中心軸の回りに取り付けられる2つ以上の遊星と、サンホイールとを備え、リングホイールと、中心軸と、サンホイールとは、他の変速機部材との相互作用部を形成するようになっており、各遊星は、前記サンホイール又は前記リングホイールの滑り面上を滑る遊星ホイールと、該遊星を前記中心軸に連結する遊星フォークとを備え、
連続的又は不連続的な制御システム(調節機構ともいう)が、前記遊星のそれぞれのアセンブリに統合され、前記遊星フォーク内に統合されているねじ込みシステムを用いて、該中心軸に該遊星の位置が固定されることによって、
或る特定の負荷が前記滑り面に印加される場合、理論上の頂部のない該遊星ホイール滑り面によって形成される円錐体の先端が、前記遊星フォークのヒンジ軸線と正確に一致することが確実になる、遊星バリエータ。 - 請求項1の遊星バリエータとして、2つの遊星バリエータを備え、それが、第1の遊星バリエータ及び第2の遊星バリエータである、可変変速機。
- 請求項2の可変変速機であって、該可変変速機は、ハウジング、全てのトラクションホイールを互いに押し付ける押付けピストン、比を制御するステアリングピストン、変速機制御装置、及び最終スリップ防止機能(最終滑り防止機能ともいう)とを更に備え、
a)前記ステアリングピストンは主軸と一緒には回転せず、該ハウジングに対して軸方向に移動し、前記主軸をアキシャル軸受を介して軸方向に移動させ、前記ステアリングピストンの油圧又は空気圧は、動的シールを一切伴わず、前記ハウジングから直接供給又は排出されること、及び
b)前記変速機制御装置は、入力トルク信号又は出力トルク信号、入力速度、速度比、及び速度比変動に基づいて、前記押付けピストンに作用する押付け圧力を計算し、ここでは前記入力トルク信号は、以下の1つ又は2つの入力データのうちの最も高いものであり、該入力データとは、
b1)補助機を含むエンジンモデルから、又は出力トルクを示すモデルからの入力トルク信号、若しくは
b2)出力トルク検知装置からの任意選択のトルク信号、
であること、
を特徴とする、可変変速機。 - 請求項3に記載の可変変速機であって、選択肢b)において、前記押付け圧力は、PID制御装置(比例積分微分制御装置)によりミクロスリップを規定値に維持することによって更に調整され、前記ミクロスリップ自体は、以下の2つの信号を比較することによって計算され、該2つの信号とは、
b3)前記ステアリングピストンの位置を測定することにより得られる理論上の無負荷速度比、又は、押付けピストン位置を測定すること及び要求される駆動方向を知ることによって計算される無負荷速度比と、
b4)前記測定された実際の速度比と、
である、可変変速機。 - 請求項3に記載の可変変速機であって、前記可変変速機は、トルクが伝達トルク容量を超える場合、過負荷が印加される限り押付け圧力及びエンジントルクを即座にゼロにすることによる、最終滑り防止機能を更に備え、それにより、必要とされる押付け圧力が設計制限を超える場合、過負荷トルクが検出される、可変変速機。
- 乗用車、トラック、ごみ収集トラック、市街バス、オフハイウェイ車両、草刈機、リフトトラック、伸縮ブーム式ハンドラ、運動エネルギー回生システム(KERS)、風力タービン、又は、動力を可変速度で伝達しなければならない工業用途における、請求項2〜5のいづれか一に記載の可変変速機の使用の方法。
- 請求項1に記載の遊星バリエータであって、前記遊星ホイールは、上側遊星マントル及び下側遊星マントルによって形成され、前記上側遊星マントルの中立素分が前記遊星ホイール滑り面上の法線力のベクトルと原則的に一致するようになっており、前記下側遊星マントルの中立素分は、前記滑り面の2つの接触領域に作用する接線力によって形成される平面に原則的に存在するようになっている、遊星バリエータ。
- 請求項2に記載の可変変速機であって、前記遊星のそれぞれに作用する軸方向力と一部の径方向力とは、1つの円錐軸受又は1つのアキシャル球面ころ軸受が受け、前記径方向力の残りは1つのラジアル軸受によって支持される、可変変速機。
- 請求項8に記載の可変変速機であって、前記アキシャル球面ころ軸受の傾斜角は、ころ部材の中心に規定され、必要に応じて、軸方向負荷に対する外輪の転動面上の法線の傾斜角は20度〜50度の範囲である、可変変速機。
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