JPS63303260A - 無段変速装置 - Google Patents

無段変速装置

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JPS63303260A
JPS63303260A JP62135583A JP13558387A JPS63303260A JP S63303260 A JPS63303260 A JP S63303260A JP 62135583 A JP62135583 A JP 62135583A JP 13558387 A JP13558387 A JP 13558387A JP S63303260 A JPS63303260 A JP S63303260A
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    • F16H2037/0866Power split variators with distributing differentials, with the output of the CVT connected or connectable to the output shaft
    • F16H2037/0873Power split variators with distributing differentials, with the output of the CVT connected or connectable to the output shaft with switching, e.g. to change ranges

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業−1−の利用分野] 本発明は、産業機械や車両等、各種の産業分野で広く利
用可能な無段変速装置に関するものである。
[従来の技術] 流体ポンプ/モータを用いた無段変速装置として、いわ
ゆる流体圧伝動装置(HS T)が知られている。しか
しながら、このものは、無段変速性に優れてはいるが、
効率が必ずしも良くなく、速度範囲も満足のいくもので
はない。そのため、かかるH8Tと差動歯車機構とを併
用し、動力の伝達をH8Tと差動歯車機構とに分担させ
ることにより、前記H8Tの無段変速性と、歯車伝動の
高効率性とを共に発揮させ得るようにした流体機械式の
無段変速装置(HMT)が開発されている(参考文献、
油圧工学(石原智男編 朝倉書房)、ピストンポンプモ
ータの理論と実際(石原貞男コロナ社))。すなわち、
この無段変速装置は、第1、第2、第3の入出力端を有
しその第1の入出力端と第2の入出力端との間を通過す
る低速側の機械式伝動系ならびに第1の入出力端と第3
の入出力端との間を通過する高速側の機械式伝動系を形
成する差動機構と、この差動機構の第2の入出力端に一
方の流体ポンプ/モータの入出力軸を接続するとともに
前記第3の入出力端に他方の流体ポンプ/モータの入出
力軸を接続しこれら両ポンプ/モータによって可変速の
流体式伝動系を形成する流体伝動機構と、前記低速側の
機械式伝動系の伝動端を入力側または出力側に設けた共
通回転要素に接離させる低速側のクラッチと、前記高速
側の機械式伝動系の伝動端を前記共通回転要素に接離さ
せる高速側のクラッチとを具備してなり、前記両クラッ
チを背反的に切換えることによって、低速モードまたは
高速モードのいずれかを選択し得るように構成されてい
る。
[発明が解決しようとする問題点] ところで、このような無段変速装置においては、出力回
転速度/入力回転速度で表される速度比が前記両伝動端
の速度が等しくなる中間設定速度比よりも小さい運転領
域では前記低速側のクラッチのみを接続する低速モード
を選択しておき、前記速度比が増大して前記中間速度比
に達した隙に、高速側のクラッチを接続するとともに低
速側のクラッチを解放して高速モードに移行するように
しているのが一般的である。そして、高速モードから低
速モードに移行する場合にはその逆の動作がなされる。
ところが、このようなものでは、機械式伝動系に比べて
効率の低い流体式伝動系を休止させる機会が極めて少な
く、そのために無段変速装置全体の効率をさらに向」ニ
させるのが難しくなっている。
そして、このようなものでは、流体式伝動系の回路間に
ほとんど常に差圧が発生しているので、この流体式伝動
系を構成している流体ポンプ/モータやその付属機器類
の耐久性を向トさせるのも難しいという問題がある。
本発明は、以上のような問題点を解消することを目的と
している。
[問題点を解決するための手段] 本発明は、このような目的を達成するために、次のよう
な構成を採用したものである。
すなわち、本発明に係る無段変速装置は、入、出力端間
に低速側の機械式伝動系および高速側の機械式伝動系を
並列的に形成する差動機構と、前記各機械式伝動系の途
中に対をなす流体ポンプ/モータの各入出力軸をそれぞ
れ接続しこれら両流 4 一 体ポンプ/モータによって可変速の流体式伝動系を形成
する流体伝動機構と、前記低速側の機械式伝動系の伝動
端を入力側または出力側に設けた共通回転要素に接離さ
せる低速側のクラッチと、前記高速側の機械式伝動系の
伝動端を前記共通回転要素に接離させる高速側のクラッ
チとを具備してなり、出力回転速度/入力回転速度で表
される速度比が前記低速側クラッチと高速側クラッチと
の回転速度差が零となる中間設定速度比よりも小さい運
転領域では、前記低速側のクラッチのみを接続する低速
モードを選択し、前記速度比が前記中間設定速度比より
も大きい運転領域では前記高速側のクラッチのみを接続
する高速モードを選択することができる無段変速装置に
おいて、前記速度比が前記中間設定速度比に一定以」−
接近するか若しくは前記低速側クラッチと高速側クラッ
チとの回転速度差が一定値以下に接近した場合に、前記
流体ポンプ/モータの押し除け容積を制御して前記両ク
ラッチを同期させることによって、それら両クラッチが
共に接続される中間口ックアップモードに引き入れ、こ
の中間ロックアツプモードにて前記流体式伝動系の回路
間差圧が略零になるように前記流体ポンプ/モータの押
し除け容積を制御する制御機構を設けたことを特徴とす
る。
「作用」 低速モードまたは高速モードで運転中に速度比が中間設
定速度比に一定以上接近するがもしくは前記低速側クラ
ッチと高速側クラッチとの回転速度差が一定値以下に接
近した場合には、動力源の実回転速度を目標回転速度に
近付ける方向に変速比を逐次変化させるような無段変速
制御が中断され、両クラッチが同期するように流体ポン
プ/モータの押し除け容積が制御され、それら両クラッ
チが共に接続される中間ロックアツプモードに強制的に
引き入れられる。そして、この中間ロックアツプモード
においては高低両回路間の差圧が略零となるように制御
される。そのため、流体ポンプ/モータ内における洩れ
損失や圧力に依存する)・ルク損失が減少する。すなわ
ち、この流体式伝動系におけるエネルギ損失が顕著に減
少し、実質的に機械式伝動系のみを介して動力を伝達す
ることが可能となる。そのため、この中間ロックアップ
モードにおいては、無段変速装置の伝動効率が向上する
とともに、前記両流体ポンプ/モータが負荷から略完全
に解放される。
[実施例コ 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
本発明に係る無段変速装置は、図面に概略的に示すよう
に、第1、第2、第3の入出力端]、2.3を有し、そ
の第1の入出力端1と第2の入出力端2との間を通過す
る低速側の機械式伝動系aならびに第1の入出力端1と
第3の入出力端3との間を通過する高速側の機械式伝動
系すを並列的に形成する差動機構4と、この差動機構4
の第2の入出力端2にギヤ5.6を介して一方の流体ポ
ンプ/モータ7の入出力軸7aを接続するとともに前記
第3の入出力端3に他方の流体ポンプ/モータ8の入出
力軸8aをギヤ9.11を介して接続しこれら両ポンプ
/モータ7.8によって可変速の流体式伝動系A、Bを
形成する流体伝動機構12と、前記低速側の機械式伝動
系aの伝動端を共通回転要素たるセンターボス13に接
離させる低速側のクラッチ14と、前記高速側の機械式
伝動系すの伝動端を前記センターボス13に接離させる
高速側のクラッチ15とを具備してなる。そして、セン
ターボス13をギヤ16および17を介して出力軸(出
力端)18に接続している。
差動機構4は、円周方向に等配に設けた複数のプラネタ
リギヤ21の内側にサンギヤ22を配設するとともに、
外側にリングギヤ23を噛合させてなる遊星歯車式のも
のである。そして、前記各プラネタリギヤ21を軸承す
るギヤリテーナ24の中心を前記第1の入出力端1とし
、この入出力端1に動力源19に接続される入力軸(入
力側)25を設けている。また、前記サンギヤ22の支
持シャフト22aの先端を前記第2の入出力端2とし、
この入出力端2に前記ギヤ5を固着している。さらに、
前記リングギヤ23のボス部23aの先端を前記第3の
入出力端3とし、この入出力端3に前記ギヤ9を設けて
いる。しかして、前記低速側の機械式伝動系aは、前記
プラネタリギヤ21、サンギヤ22、ギヤ5、ギヤ6、
後述する前進用のクラッチ26、ギヤ28およびギヤ2
9により構成されており、最後のギヤ29のボス部29
aが、該機械式伝動系aの伝動端としての役割を担って
いる。一方、前記高速側の機械式伝動系すは、前記プラ
ネタリギヤ21とリングギヤ23とから構成されており
、前記リングギヤ23のボス部23aが該機械式伝動系
すの伝動端としての役割をなしている。
また、前記流体伝動機構12は、可変容量形の流体ポン
プ/モータ7と、可変容量形の流体ポンプ/モータ8と
を通常のH8Tと同様な液圧回路31を介して直列に接
続したものであり、前記流体ポンプ/モータ7の入出力
軸7aを前記サンギヤ22の支持シャフト22aにギヤ
6.5を介して接続するとともに、前記流体ポンプ/モ
ータ8の入出力軸8aをギヤ11.9を介して前記リン
グギャ23に連結している。なお、32は前記液圧回路
31に接続されたブーストポンプである。
そして、前記差動機構4の第2の入出力端2と前記一方
の流体ポンプ/モータ7との間に出力方向切換機構33
を介設している。出力方向切換機構33は、ギヤ6を前
進用のクラッチ26を介して一方の流体ポンプ/モータ
7の入出力軸7aに接続するとともに、前記ギヤ6と固
定部trA’ 34との間にワンウェイクラッチ35を
設けたものである。
ワンウェイクラッチ35は、例えば、爪車36に固定部
材34に軸着された爪37を係合させ得るようにしたも
ので、前進時にはギヤ6の回転を拘束せず、後進時には
、ギヤ6の一方向の回転を禁止して差動機構4の第2の
出力端2の回転を拘束するようになっている。
なお、前記各クラッチ14.15.26としては、湿式
あるいは乾式の多板クラッチを用いたり、いわゆるシン
クロメツシュ式の動力断続機構を使用することができる
。そして、これらのクラッチ14.15.26をアクチ
ュエータにより断続操作し得るようにしている。
そして、これらのアクチュエータ41.42.43およ
び前記液圧ポンプ/モータ7.8の押し除け容積を変更
するためのアクチュエータ44.45を制御機構たるコ
ンピュータ51により制御するようにしている。
コンピュータ51は、中央演算処理装置52と、各種の
メモリ53と、インターフェイス54とを具備してなる
通常のマイクロコンピュータ−システムにより構成され
ている。そして、そのインターフェイス54には、出力
回転速度を検出するための回転速度センサ55からの信
号pと、入力回転速度を検出するための回転速度センサ
56からの信号qと、低速モードを選択している際に高
圧となる液圧回路31の回路部分31aに設けられた圧
力センサ57からの信号rと、高速モードを選択してい
る際に高圧となる回路部分31bに設けられた圧力セン
サ58からの信号Sと、動力源19の出力回転を制御す
るためのアクセル操作量に対応する信号tがそれぞれ入
力されるようになっている。また、このインターフェイ
ス54からは、低速側クラッチ14のアクチュエータ4
1を作動させるための信号Uと、高速側クラッチ15の
アクチュエータ42を作動させるための信号Vと、前進
用クラッチ26のアクチュエータ43を作動させるため
の信号Wと、液圧ポンプ/モータ7.8の押し除け容積
を調節するためのアクチュエータ44.45を作動させ
るための信号x、yが出力されるようになっている。
そして、このコンピュータ51のメモリ53内には、本
発明を実施するために、第3図に概略的に示すようなプ
ログラムが内蔵させである。
次いで、車両前進時(前進クラッチ26が接続された状
態)における無段変速装置の作動を説明する。
出力回転速度/入力回転速度で表される速度比が中間設
定速度比emよりも小さい運転領域では、低速側のクラ
ッチ14のみが接続された低速モードとなっている(第
3図のステップ101参照)。
具体的には、前記速度比は、回転速度センサ55により
検出される出力回転速度と、回転速度センサ56により
検出される入力回転速度とに基づいて、逐次演算される
。中間設定速度比e□は、前記低速側の機械式伝動系a
の伝動端と、高速側の機械式伝動系すの伝動端との速度
が等しくなった状態における速度比に対応している。そ
して、この低速モードでは、前記差動機構4の第1の入
出力端1と第2の入出力端2との間を通過する低速側の
機械式伝動系aを介して入力側と出力側とが直結され、
入力された動力の一部がこの機械式伝動系aを通して出
力軸18に直接に伝達される。
このとき、前記一方の流体ポンプ/モータ7はモータと
して機能し、前記他方の流体ポンプ/モータ8はポンプ
として働く。すなわち、前記差動機構4の第3の入出力
端3の回転力が前記両ポンプ/モータ7.8間に形成さ
れる流体式伝動系Aを通して前記出力軸18に伝えられ
る。そして、この低速モードにおいては、第2図に示す
ように前記他方の流体ポンプ/モータ8の押し除け容積
を増加させていき、その押し除け容積が最大になっ・ 
た後は、前記一方の流体ポンプ/モータ7の押し除け容
積を漸次減少させていくことによって、前記入力軸25
の回転に対する前記出力軸18の回転速度が増大してい
くことになる。そして、前記流体ポンプ/モータ7.8
の押し除け容積の制御は、アクセル操作量に対応する目
標回転数と、回転速度センサ56により検出される実際
の原動機19の回転速度とが等しくなるように、アクチ
ュエータ44.45に作動指令信号を出力する。なお、
前記目標回転速度は、例えば、各アクセル操作量に対応
した最も燃費の良好となる原動機19の回転速度に対応
させてあり、予め実験等により決定した上で、メモリ5
3にテーブル化して記憶させである。したがって、各運
転状態における目標回転速度は、逐次人力されるアクセ
ル操作量に対応する信号tに基づいて選定される。
このような低速モードにおいて、低速側クラッチ14と
高速側クラッチ15との回転速度差が一定値βよりも小
さくなった場合(第3図ステップ103)には、中間ロ
ックアップモードに移行する。すなわち、中間ロックア
ツプモードに移行する場合には、流体ポンプ/モータ7
の押し除け容積を制御して低速側クラッチ14と高速側
クラッチ15とを同期させ、しかる後に、低速側のクラ
ッチ14のみならず、高速側のクラッチ15をも接続し
て(第3図ステップ201)、速度比が中間設定速度比
e、nになるようにロックする。その後直ちに前記流体
ポンプ/モータ7の押し除け容積を制御して、流体伝動
系ASBの回路間差圧、すなわち、前記両回路部31a
、31b間の差圧を零にする(第3図ステップ202)
。しかして、この制御は、流体伝動機構12の両回路部
31a131bに設けた圧力センサ57.58の検出値
が等しくなるようにアクチュエータ44を作動させる(
第2図のP点参照)。
そして、この中間ロックアツプモードにおいて、回転速
度センサ56により検出される原動機19の実際の回転
速度がアクセル操作量に対応させて決定される目標回転
速度よりも一定幅αを越えて上まわった場合(第3図ス
テップ204)には、低速側のクラッチ14を解除して
高速モードに移行する(第3図ステップ304)。なお
、実際の回転速度か目標回転速度よりも一定幅αを越え
て1−まわる場合とは、操作者がアクセル操作量を減少
させ、それによって目標回転速度が実際の回転速度より
も顕著に低下した状態と、操作者はアクセル操作量を略
一定に保持しているにも拘らず、出力側の負荷が減少し
たために実際の回転速度が」二昇した状態の両方を含む
ものである。このような場合には、原動機自体に対する
負荷を増加させる方が得策であるため、中間ロックアツ
プモードでのロックアツプ状態を解除して高速モードに
移行する。この際には、一方の流体ポンプ/モータ7の
押し除け容積をさらに若干量だけ大きくして低速側の機
械式伝動系aからセンターボス13への伝動トルクを零
にした−1−で、低速側のクラッチ14を解除する。
一方、この中間ロックアツプモードにおいて、回転速度
センサ56により検出される原動機19の実際の回転速
度がアクセル操作量に対応させて決定される目標回転速
度よりも一定幅αを越えて下まわった場合(第3図ステ
ップ203)には、高速クラッチ15を解除して低速モ
ードに復帰する(第3図ステップ104)。なお、実際
の回転速度が目標回転速度よりも一定幅αを越えて下ま
わる場合とは、操作者がアクセル操作量を増大させたに
も拘らず、原動機19の回転速度がそれに対応する値に
まで上昇していない状態と、操作者はアクセル操作量を
略一定に保持しているが、出力側の負荷が増加したため
に実際の回転速度が低下した状態の両方を含むものであ
る。このような場合には原動機19に対する負荷を軽減
する必要があるため、中間ロックアップモードにおける
ロックアツプ状態を解除して低速モードに移行する。
しかして、この移行の際には、一方の流体ポンプ/モー
タ7の押し除け容積を若干量だけ小さくして高速側の機
械式伝動系すからセンターボス13への伝動トルクを零
にした」二で、高速側のクラッチ15を解除する。
前記高速モードに移行した場合には、前記差動機構4の
第1の入出力端1と第3の入出力端3との間を通過する
機械式伝動系すが形成され、入力された動力の一部がこ
の機械式伝動系すを通して出力軸18に直接に伝達され
る。このとき、前記一方の流体ポンプ/モータ7はポン
プとして機能し、前記他方の流体ポンプ/モータ8はモ
ータとして働く。すなわち、前記差動機構4の第2の入
出力端2の回転力が前記一方の流体ポンプ/モータ7と
前記他方の流体ポンプ/モータ8との間に形成される流
体伝動系Bを通して前記出力軸18に伝えられる。そし
て、この高速モードにおいては、第2図に示すように前
記一方の流体ポンプ/モータ7の押し除け容積を漸増さ
せ、その押し除け容積が最大になった後は他方の流体ポ
ンプ/モータ8の押し除け容積を漸減させていくことに
よって、前記入力軸25の回転速度に対する前記出力軸
18の回転速度が増大していくことになる。
そして、この場合の流体ポンプ/モータ7.8の押し除
け容積の制御も、アクセル操作量に対応する目標回転速
度と、回転速度センサ56により検出される実際の原動
機19の回転速度とが等しくなるようにアクチュエータ
44.45に作動指令信号を出力することにより行う(
第3図ステップ301)。
このような高速モードにおいて、低速側クラッチ14と
高速側クラッチ15との回転速度差が一定値βよりも小
さくなった場合(第3図ステップ303)には、前述し
たと同様な手順により中間ロックアツプモードに移行す
る。
しかして、このようなものであれば、低速側クラッチ1
4と高速側クラッチ15との回転速度差が一定値よりも
小さくなった場合には、前述した通常の無段変速制御が
中断されて、低速側クラッチ14と高速側クラッチ15
とが共に接続状態となる中間ロックアツプモードに強制
的に引き入れられることになり、しかも、一旦中間ロツ
クアップモードにセットされると、動力源19の実際の
回転速度と目標回転速度との偏差が一定幅を上まわらな
い限り、高速モードあるいは低速モードに移行し得ない
。そのため、中間設定速度比e、の=  19 − 近傍で比較的長期間使用するようなことがあっても、低
速側のクラッチ14および高速側のクラッチ]5が頻繁
に切換わるのを防止することができる。そのため、前記
クラッチ14.15や、このクラッチ14.15を作動
させるアクチュエータ41.42などの寿命を無理なく
向」ニさせることができる。
しかも、中間ロックアツプモードにおいては、流体ポン
プ/モータ7の押し除け容積を制御して回路部3 ]、
 aと回路部31bとの間の差圧を略零にするようにし
ており、それによって、流体式伝動系A、Bの動力伝動
比率を零にして、機械式伝動系a、bのみによって動力
を伝達するようになっている。流体式伝動系A、Bを構
成する流体ポンプ/モータ7.8の効率は近年高くなっ
ているものの、機械式の伝動に比べると劣るため、この
ように流体式伝動系ASBの動力伝動比率を零にする運
転域を確保することができれば、システム効率を向上さ
せることが可能となる。すなわち、前述したように回路
間差圧が略零になるように制=  20 − 御すると、流体ポンプ/モータ7.8内部における洩れ
損失が顕著に減少し、また、圧力に依存するトルク損失
も少なくなる。そのため、流体式伝動系A、Bにおける
エネルギ損失が減少し、無段変速装置の伝動効率が大き
く向上する。したがって、動力源19の実回転速度が前
記目標回転速度とは若干具なることになっても、システ
ム全体としては効率を向−1ニさせることが可能となり
、燃費の節減が図られる。また、このように運転中に流
体式伝動系の回路間差圧を略零にする機会が増大すれば
、流体ポンプ/モータ7.8およびその付属機器類の耐
久性が向上することにもなる。
第4図は、加速または減速を行う際における本実施例の
モード切換態様を示したものであり、第5図に示す従来
例のモード切換態様とは明確に異なっている。
なお、差動機構は、前記のような遊星歯車式のものに限
られない。
また、流体伝動機構の構成も、前記実施例のものに限定
されるものではなく、例えば、一方の流体ポンプ/モー
タを固定容量形のものにする等、種々変形が可能である
さらに、前記実施例では、入力側に差動機構を配した入
力分配方式のものについて説明したが、本発明は、出力
分配方式のものにも同様に適用が可能である。
[発明の効果] 以上詳述したように、本発明は、低速モードと高速モー
ドとの切換域に近付いた場合には、強制的に中間ロック
アツプモードに引き入れて、流体式伝動系の回路間差圧
を略零にするようにしているので、流体式伝動系を実質
的に休止させて機械式伝動系のみによって動力伝達を行
わせる機会を有効に増大させることができ、装置全体の
効率を顕著に向上させることができる。そして、このよ
うなものであれれば、中間ロックアツプモードにおいて
、流体ポンプ/モータが無負荷状態になるので、該流体
ポンプ/モータおよびそのf号属機器類の耐久性が向1
−するという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第4図は本発明の一実施例を示し、第1図はシ
ステム説明図、第2図は流体ポンプ/モータの制御態様
を説明するための説明図、第3図は制御の内容を概略的
に示すフローチャート図、第4図はモード切換態様を示
す説明図である。第5図は従来のモード切換態様を示す
第4図相当の説明図である。 4・・・差動機構 7・・・一方の流体ポンプ/モータ 8・・・他方の流体ポンプ/モータ 12・・・流体伝動機構 13・・・共通回転要素(センターボス)14・・・低
速用のクラッチ 15・・・高速用のクラッチ 51・・・制御機構(コンピュータ) a、b・・・機械式伝動系 A、B・・・流体式伝動系

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  入、出力端間に低速側の機械式伝動系および高速側の
    機械式伝動系を並列的に形成する差動機構と、前記各機
    械式伝動系の途中に対をなす流体ポンプ/モータの各入
    出力軸をそれぞれ接続しこれら両流体ポンプ/モータに
    よって可変速の流体式伝動系を形成する流体伝動機構と
    、前記低速側の機械式伝動系の伝動端を入力側または出
    力側に設けた共通回転要素に接離させる低速側のクラッ
    チと、前記高速側の機械式伝動系の伝動端を前記共通回
    転要素に接離させる高速側のクラッチとを具備してなり
    、出力回転速度/入力回転速度で表される速度比が前記
    低速側クラッチと高速側クラッチとの回転速度差が零と
    なる中間設定速度比よりも小さい運転領域では、前記低
    速側のクラッチのみを接続する低速モードを選択し、前
    記速度比が前記中間設定速度比よりも大きい運転領域で
    は前記高速側のクラッチのみを接続する高速モードを選
    択することができる無段変速装置において、前記速度比
    が前記中間設定速度比に一定以上接近するか若しくは前
    記低速側クラッチと高速側クラッチとの回転速度差が一
    定値以下に接近した場合に、前記流体ポンプ/モータの
    押し除け容積を制御して前記両クラッチを同期させるこ
    とによって、それら両クラッチが共に接続される中間ロ
    ックアップモードに引き入れ、この中間ロックアップモ
    ードにて前記流体式伝動系の回路間差圧が略零になるよ
    うに前記流体ポンプ/モータの押し除け容積を制御する
    制御機構を設けたことを特徴とする無段変速装置。
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