トルク推定装置及びトルク推定方法
【課題】偏心量に対する変速比の特性が幾何学的に非線形な無段変速機における入力トルク及び／又は出力トルクを高い精度で推定するトルク推定装置を提供すること。
【解決手段】四節リンク機構式の無段変速機におけるトルクを推定するトルク推定装置は、動力源からの回転動力による無段変速機の入力側の回転数である入力回転数と、無段変速機の出力側の回転数である出力回転数と、無段変速機に設定されている偏心量とに基づいて、無段変速機の変速比毎に異なるトルクと偏心量の関係から、無段変速機に入力されるトルクである入力トルク及び／又は無段変速機が出力するトルクである出力トルクを推定する。
【解決手段】四節リンク機構式の無段変速機におけるトルクを推定するトルク推定装置は、動力源からの回転動力による無段変速機の入力側の回転数である入力回転数と、無段変速機の出力側の回転数である出力回転数と、無段変速機に設定されている偏心量とに基づいて、無段変速機の変速比毎に異なるトルクと偏心量の関係から、無段変速機に入力されるトルクである入力トルク及び／又は無段変速機が出力するトルクである出力トルクを推定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏心量に対する変速比の特性が幾何学的に非線形な無段変速機に入力されるトルク及び／又は当該無段変速機が出力するトルクを推定するトルク推定装置及びトルク推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の動力で走行する車両では、内燃機関の動力を伝達する変速機の出力トルクは推定値で得られる。すなわち、変速機の出力トルクは、内燃機関の出力トルクを推定し、その推定値に変速機の変速比を掛け合わせることによって得られる。但し、内燃機関の出力トルクは、内燃機関における回転数や吸入空気流量、圧力、温度、スロットル開度等の検出値に基づいて演算した結果であるため精度が良くない。これは、内燃機関のトルク特性が、基本的には、シリンダー内で起こる燃料と空気の化学反応とシリンダーからクランクシャフトまでの機械的な関係で決まるためである。また、変速機においても、内部でのフリクション等でトルク損失が発生するため、上記方法で得られる変速機の出力トルクの推定値の精度は良くない。
【０００３】
したがって、変速機の出力トルクを精度良く導出可能な技術が望まれる。また、変速機の入力トルクは内燃機関の出力トルクと略同義であるが、上述したように、内燃機関の出力トルクの精度も良くないため、変速機の入力トルクを精度良く導出可能な技術も望まれる。
【０００４】
ところで、変速機の種類は様々であるが、その一つに、ＩＶＴ（Infinity Variable Transmission）と呼ばれる無段変速機がある。ＩＶＴは、内燃機関の出力軸の回転運動を揺動運動に変換し、更に揺動運動を回転運動に変換して変速機の出力軸から出力する。このため、ＩＶＴでは、クラッチを使用せずに変速比を無段階に変更できると共に、変速比の最大値を無限大に設定することができる。なお、ＩＶＴにおいて、変速比が無限大に設定されたときの出力回転数はゼロである。
【０００５】
図３は、ＩＶＴと呼ばれる無段変速機の一部の構成を軸線方向から見た側断面図である。図３に示す無段変速機は、内燃機関等の動力源からの回転動力を受けることで入力中心軸線Ｏ１の周りを回転する入力軸１０１と、入力軸１０１と一体回転する偏心ディスク１０４と、入力側と出力側を結ぶ連結部材１３０と、出力側に設けられたワンウェイクラッチ１２０とを備える。
【０００６】
偏心ディスク１０４は、第１支点Ｏ３を中心とした円形形状に形成されている。第１支点Ｏ３は、入力中心軸線Ｏ１に対して変更可能な偏心量ｒ１を保ちつつ、入力中心軸線Ｏ１の周りに入力軸１０１と共に回転するように設定されている。したがって、偏心ディスク１０４は、偏心量ｒ１を保った状態で、入力中心軸線Ｏ１の周りを入力軸１０１が回転するに伴って偏心回転するように設けられている。
【０００７】
偏心ディスク１０４は、図３に示すように、外周側円板１０５と、入力軸１０１に一体形成された内周側円板１０８とで構成されている。内周側円板１０８は、入力軸１０１の中心軸線である入力中心軸線Ｏ１に対して一定の偏心距離だけ中心を偏倚させた肉厚円板として形成されている。外周側円板１０５は、第１支点Ｏ３を中心にした肉厚円板として形成されており、その中心（第１支点Ｏ３）を外れた位置に中心を持つ第１円形孔１０６を有している。そして、この第１円形孔１０６の内周に回転可能に内周側円板１０８の外周が嵌っている。
【０００８】
また、内周側円板１０８には、入力中心軸線Ｏ１を中心とすると共に周方向の一部が内周側円板１０８の外周に開口した第２円形孔１０９が設けられており、その第２円形孔１０９の内部にピニオン１１０が回転自在に収容されている。ピニオン１１０の歯は、第２円形孔１０９の外周の開口を通して、外周側円板１０５の第１円形孔１０６の内周に形成した内歯歯車１０７に噛み合っている。
【０００９】
このピニオン１１０は、入力軸１０１の中心軸線である入力中心軸線Ｏ１と同軸に回転するように設けられている。即ち、ピニオン１１０の回転中心と入力軸１０１の中心軸線である入力中心軸線Ｏ１とが一致している。ピニオン１１０は、直流モータ及び減速機構によって構成される図示しないアクチュエータにより、第２円形孔１０９の内部で回転させられる。通常時は、入力軸１０１の回転と同期させてピニオン１１０を回転させ、同期する回転数を基準として、ピニオン１１０に入力軸１０１の回転数を上回るか下回るかする回転数を与えることにより、ピニオン１１０を入力軸１０１に対して相対回転させる。例えば、ピニオン１１０およびアクチュエータの出力軸が互いに連結されるように配置し、アクチュエータの回転が入力軸１０１の回転に対して回転差が生じる場合には、その回転差に減速比をかけた分だけ入力軸１０１とピニオン１１０の相対角度が変化する減速機構（例えば遊星歯車）を用いることで実現できる。この際、アクチュエータと入力軸１０１の回転差がなく同期している場合には偏心量ｒ１は変化しない。
【００１０】
従って、ピニオン１１０を回すことにより、ピニオン１１０の歯が噛合している内歯歯車１０７つまり外周側円板１０５が内周側円板１０８に対して相対回転し、それにより、ピニオン１１０の中心（入力中心軸線Ｏ１）と外周側円板１０５の中心（第１支点Ｏ３）との間の距離（つまり偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１）が変化する。
【００１１】
この場合、ピニオン１１０の回転によって、ピニオン１１０の中心（入力中心軸線Ｏ１）に外周側円板１０５の中心（第１支点Ｏ３）を一致させることができるように設定されており、両中心を一致させることにより、偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１を「ゼロ」に設定できる。
【００１２】
また、ワンウェイクラッチ１２０は、入力中心軸線Ｏ１から離れた出力中心軸線Ｏ２の周りを回転する出力部材（クラッチインナー）１２１と、外部から回転方向の動力を受けることで出力中心軸線Ｏ２の周りを揺動するリング状の入力部材（クラッチアウター）１２２と、入力部材１２２および出力部材１２１を互いにロック状態または非ロック状態にするために入力部材１２２と出力部材１２１の間に挿入された複数のローラ（係合部材）１２３とを有する。なお、ワンウェイクラッチ１２０には、出力部材１２１の断面における辺数と同数のローラ１２３が設けられている。
【００１３】
ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２から出力部材１２１への動力（トルク）の伝達は、入力部材１２２の正方向（図３中矢印ＲＤ１方向）の回転速度が出力部材１２１の正方向の回転速度を超えた条件でのみ行われる。つまり、ワンウェイクラッチ１２０では、入力部材１２２の回転速度が出力部材１２１の回転速度より高くなったときに初めてローラ１２３を介しての噛み合い（ロック）が発生し、入力部材１２２の揺動動力が出力部材１２１の回転運動に変換される。
【００１４】
入力部材１２２の周方向の１箇所には張り出し部１２４が設けられており、その張り出し部１２４に、出力中心軸線Ｏ２から離間した第２支点Ｏ４が設けられている。そして、入力部材１２２の第２支点Ｏ４上にピン１２５が配置され、このピン１２５によって、連結部材１３０の先端（他端部）１３２が入力部材１２２に回転自在に連結されている。
【００１５】
連結部材１３０は、一端側にリング部１３１を有し、そのリング部１３１の円形開口１３３の内周が、ベアリング１４０を介して、偏心ディスク１０４の外周に回転自在に嵌合されている。従って、このように連結部材１３０の一端が偏心ディスク１０４の外周に回転自在に連結されると共に、連結部材１３０の他端が、ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２上に設けられた第２支点Ｏ４に回動自在に連結されることにより、図４に示すように、入力中心軸線Ｏ１、第１支点Ｏ３、出力中心軸線Ｏ２、第２支点Ｏ４の４つの節を回動点とする四節リンク機構が構成される。
【００１６】
図４は、四節リンク機構として構成された無段変速機の駆動力伝達原理の説明図である。この四節リンク機構では、入力軸１０１から偏心ディスク１０４に与えられる回転運動が、連結部材１３０を介して、ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２に対して該入力部材１２２の揺動運動として伝えられ、その入力部材１２２の揺動運動が出力部材１２１の回転運動に変換される。偏心ディスク１０４を回転させる入力軸１０１が１回転すると、ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２は１往復揺動する。図４に示すように、偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１の値に関係なく、ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２の揺動周期は常に一定である。入力部材１２２の角速度ω２は、偏心ディスク１０４（入力軸１０１）の回転角速度ω１と偏心量ｒ１によって決まる。
【００１７】
その際、ピニオン１１０、ピニオン１１０を収容する第２円形孔１０９を備えた内周側円板１０８、内周側円板１０８を回転可能に収容する第１円形孔１０６を備えた外周側円板１０５、アクチュエータなどにより構成された変速比可変機構１１２の前記ピニオン１１０をアクチュエータで動かすことにより、偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１を変化させることができる。そして、偏心量ｒ１を変更することで、ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２の揺動角度θ２を変更することができ、それにより、入力軸１０１の回転数に対する出力部材１２１の回転数の比（変速比：レシオｉ）を変えることができる。即ち、入力中心軸線Ｏ１に対する第１支点Ｏ３の偏心量ｒ１を調節することで、偏心ディスク１０４からワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２に伝えられる揺動運動の揺動角度θ２を変更し、それにより、入力軸１０１に入力される回転動力が、偏心ディスク１０４および連結部材１３０を介してワンウェイクラッチ１２０の出力部材１２１に回転動力として伝達される際の変速比を変更することができる。
【００１８】
図５（ａ）〜（ｄ）及び図６（ａ）〜（ｃ）は、図３に示した無段変速機における変速比可変機構１１２による変速原理の説明図である。図５及び図６に示すように、変速比可変機構１１２のピニオン１１０を回転させて、内周側円板１０８に対して外周側円板１０５を回転させることにより、偏心ディスク１０４の入力中心軸線Ｏ１（ピニオン１１０の回転中心）に対する偏心量ｒ１を調節することができる。
【００１９】
例えば、図５（ａ）及び図６（ａ）に示すように、偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１を「大」にした場合は、ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２の揺動角度θ２を大きくすることができるので、小さな変速比ｉを実現することができる。また、図５（ｂ）及び図６（ｂ）に示すように、偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１を「中」にした場合は、ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２の揺動角度θ２を「中」にすることができるので、中くらいの変速比ｉを実現することができる。また、図５（ｃ）及び図６（ｃ）に示すように、偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１を「小」にした場合は、ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２の揺動角度θ２を小さくすることができるので、大きな変速比ｉを実現することができる。また、図５（ｄ）に示すように、偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１を「ゼロ」にした場合は、ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２の揺動角度θ２を「ゼロ」にすることができるので、変速比ｉを「無限大（∞）」にすることができる。
【００２０】
図７は、ワンウェイクラッチ１２０の断面図及びその一部拡大図である。また、図８（ａ）〜（ｃ）は、ワンウェイクラッチ１２０の各状態における一部拡大図である。図７及び図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、出力部材１２１のローラ１２３と接する面は、入力部材１２２の揺動運動に応じてその揺動方向にローラ１２３が移動可能な窪みを有する。但し、当該窪みの深さは、入力部材１２２が図７に示す空転方向の位置とトルク伝達方向の位置とで異なり、空転方向の位置の深さはトルク伝達方向の位置の深さよりも深い。
【００２１】
入力部材１２２が相対的に出力部材１２１よりも空転方向に振れると、ローラ１２３も空転方向に移動する。空転方向の位置における入力部材１２２から出力部材１２１までの空間はローラ１２３の大きさよりも若干広い。このため、当該位置に移動したローラ１２３は空転する。一方、入力部材１２２が相対的に出力部材１２１よりもトルク伝達方向に振れると、ローラ１２３もトルク伝達方向に移動する。トルク伝達方向の位置における入力部材１２２から出力部材１２１までの空間はローラ１２３の大きさよりも若干狭い。このため、当該位置に移動したローラ１２３は、図８（ａ）に示すように、入力部材１２２と出力部材１２１とによって挟まれ、それぞれから対向する方向に圧力を受ける。このとき、ローラ１２３を介した入力部材１２２と出力部材１２１の噛み合い（ロック）が発生し、入力部材１２２の揺動動力が出力部材１２１の回転運動に変換される。この後、入力部材１２２の回転速度が出力部材１２１の回転速度より低下して、入力部材１２２が相対的に出力部材１２１よりも空転方向に振れると、ローラ１２３を介したロックが解除されて、図８（ｃ）に示したように、ワンウェイクラッチ１２０はフリーな状態（空転状態）に戻る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特許第４５５３８６３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
上記説明した四節リンク機構で構成された無段変速機のトルク特性は機械的な関係のみで決まる。このため、内燃機関から当該無段変速機に入力されるトルク（入力トルク）や当該無段変速機が出力するトルク（出力トルク）を無段変速機の状態値に基づいて導出した値は、内燃機関の出力トルクの推定値を基に導出した値よりも精度が高いと考えられる。
【００２４】
本発明の目的は、偏心量に対する変速比の特性が幾何学的に非線形な無段変速機における入力トルク及び／又は出力トルクを高い精度で推定可能なトルク推定装置及びトルク推定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の発明のトルク推定装置は、動力源（例えば、実施の形態での内燃機関）からの回転動力を受けることで入力中心軸線（例えば、実施の形態での入力中心軸線Ｏ１）の周りを回転する入力軸（例えば、実施の形態での入力軸１０１）と、前記入力中心軸線に対する偏心量（例えば、実施の形態での偏心量ｒ１）を変更可能な第１支点（例えば、実施の形態での第１支点Ｏ３）をそれぞれの中心に有して、該偏心量を保ちつつ前記入力中心軸線の周りを前記入力軸と共に回転する偏心ディスク（例えば、実施の形態での偏心ディスク１０４）と、前記入力中心軸線から離れた出力中心軸線（例えば、実施の形態での出力中心軸線Ｏ２）の周りを回転する出力部材（例えば、実施の形態での出力部材１２１）と、外部から回転方向の動力を受けることで前記出力中心軸線の周りを揺動する入力部材（例えば、実施の形態での入力部材１２２）と、前記入力部材及び前記出力部材を互いにロック状態又は非ロック状態にする係合部材（例えば、実施の形態でのローラ１２３）と、を有し、前記入力部材の正方向の回転速度が前記出力部材の正方向の回転速度を上回ったとき、前記入力部材に入力された回転動力を前記出力部材に伝達し、それにより前記入力部材の揺動運動を前記出力部材の回転運動に変換するワンウェイクラッチ（例えば、実施の形態でのワンウェイクラッチ１２０）と、一端が前記偏心ディスクの外周に前記第１支点を中心に回転自在に連結され、他端が前記ワンウェイクラッチの前記入力部材上の前記出力中心軸線から離間した位置に設けられた第２支点（例えば、実施の形態での第２支点Ｏ４）に回動自在に連結されることで、前記入力軸から前記偏心ディスクに与えられる回転運動を、前記ワンウェイクラッチの前記入力部材に対し当該入力部材の揺動運動として伝える連結部材（例えば、実施の形態での連結部材１３０）と、前記入力中心軸線に対する前記第１支点の偏心量を調節することで、前記偏心ディスクから前記ワンウェイクラッチの前記入力部材に伝えられる揺動運動の揺動角度を変更するアクチュエータを有し、それにより、前記入力軸に入力される回転動力が前記偏心ディスク及び前記連結部材を介して前記ワンウェイクラッチの出力部材に回転動力として伝達される際の変速比を変更すると共に、前記偏心量がゼロに設定可能とされることで前記変速比を無限大に設定する変速比可変機構（例えば、実施の形態での変速比可変機構１１２）と、を備えた四節リンク機構式の無段変速機におけるトルクを推定するトルク推定装置であって、前記動力源からの回転動力による前記無段変速機の入力側の回転数である入力回転数と、前記無段変速機の出力側の回転数である出力回転数と、前記無段変速機に設定されている偏心量とに基づいて、前記無段変速機の変速比毎に異なるトルクと偏心量の関係から、前記無段変速機に入力されるトルクである入力トルク及び／又は前記無段変速機が出力するトルクである出力トルクを推定することを特徴としている。
【００２６】
さらに、請求項２に記載の発明のトルク推定装置では、前記入力回転数と、前記出力回転数と、前記無段変速機に設定されている偏心量と、前記無段変速機内の潤滑油の温度である油温とに基づいて、前記無段変速機の変速比毎に異なるトルクと偏心量と油温の関係から、前記入力トルク及び／又は前記出力トルクを推定することを特徴としている。
【００２７】
さらに、請求項３に記載の発明のトルク推定方法では、動力源（例えば、実施の形態での内燃機関）からの回転動力を受けることで入力中心軸線（例えば、実施の形態での入力中心軸線Ｏ１）の周りを回転する入力軸（例えば、実施の形態での入力軸１０１）と、前記入力中心軸線に対する偏心量（例えば、実施の形態での偏心量ｒ１）を変更可能な第１支点（例えば、実施の形態での第１支点Ｏ３）をそれぞれの中心に有して、該偏心量を保ちつつ前記入力中心軸線の周りを前記入力軸と共に回転する偏心ディスク（例えば、実施の形態での偏心ディスク１０４）と、前記入力中心軸線から離れた出力中心軸線（例えば、実施の形態での出力中心軸線Ｏ２）の周りを回転する出力部材（例えば、実施の形態での出力部材１２１）と、外部から回転方向の動力を受けることで前記出力中心軸線の周りを揺動する入力部材（例えば、実施の形態での入力部材１２２）と、前記入力部材及び前記出力部材を互いにロック状態又は非ロック状態にする係合部材（例えば、実施の形態でのローラ１２３）と、を有し、前記入力部材の正方向の回転速度が前記出力部材の正方向の回転速度を上回ったとき、前記入力部材に入力された回転動力を前記出力部材に伝達し、それにより前記入力部材の揺動運動を前記出力部材の回転運動に変換するワンウェイクラッチ（例えば、実施の形態でのワンウェイクラッチ１２０）と、一端が前記偏心ディスクの外周に前記第１支点を中心に回転自在に連結され、他端が前記ワンウェイクラッチの前記入力部材上の前記出力中心軸線から離間した位置に設けられた第２支点（例えば、実施の形態での第２支点Ｏ４）に回動自在に連結されることで、前記入力軸から前記偏心ディスクに与えられる回転運動を、前記ワンウェイクラッチの前記入力部材に対し当該入力部材の揺動運動として伝える連結部材（例えば、実施の形態での連結部材１３０）と、前記入力中心軸線に対する前記第１支点の偏心量を調節することで、前記偏心ディスクから前記ワンウェイクラッチの前記入力部材に伝えられる揺動運動の揺動角度を変更するアクチュエータを有し、それにより、前記入力軸に入力される回転動力が前記偏心ディスク及び前記連結部材を介して前記ワンウェイクラッチの出力部材に回転動力として伝達される際の変速比を変更すると共に、前記偏心量がゼロに設定可能とされることで前記変速比を無限大に設定する変速比可変機構（例えば、実施の形態での変速比可変機構１１２）と、を備えた四節リンク機構式の無段変速機におけるトルクを推定するトルク推定方法であって、前記動力源からの回転動力による前記無段変速機の入力側の回転数である入力回転数と、前記無段変速機の出力側の回転数である出力回転数と、前記無段変速機に設定されている偏心量とに基づいて、前記無段変速機の変速比毎に異なるトルクと偏心量の関係から、前記無段変速機に入力されるトルクである入力トルク及び／又は前記無段変速機が出力するトルクである出力トルクを推定することを特徴としている。
【００２８】
さらに、請求項４に記載の発明のトルク推定方法では、前記入力回転数と、前記出力回転数と、前記無段変速機に設定されている偏心量と、前記無段変速機内の潤滑油の温度である油温とに基づいて、前記無段変速機の変速比毎に異なるトルクと偏心量と油温の関係から、前記入力トルク及び／又は前記出力トルクを推定することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２９】
請求項１及び２に記載の発明のトルク推定装置、並びに、請求項３及び４に記載の発明のトルク推定方法によれば、偏心量に対する変速比の特性が幾何学的に非線形な無段変速機における入力トルク及び／又は出力トルクを高い精度で推定できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図３に示した無段変速機への入力トルクに対して設定される偏心量ｒ１を変速比ｉ毎に示すグラフ
【図２】一実施形態のトルク推定装置の内部構成を示すブロック図
【図３】ＩＶＴと呼ばれる無段変速機の一部の構成を軸線方向から見た側断面図
【図４】四節リンク機構として構成された無段変速機の駆動力伝達原理の説明図
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、図３に示した無段変速機における変速比可変機構１１２による変速原理の説明図
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、図３に示した無段変速機における変速比可変機構１１２による変速原理の説明図
【図７】ワンウェイクラッチ１２０の断面図及びその一部拡大図
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、ワンウェイクラッチ１２０の各状態における一部拡大図
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００３２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本発明に係るトルク推定装置は、上記説明したＩＶＴ（Infinity Variable Transmission）と呼ばれる図３〜図８に示した無段変速機（以下「ＢＤ」とも表記する）における入力トルク及び／又は出力トルクを推定する。なお、無段変速機における入力トルクとは、動力源から当該無段変速機に入力されるトルクであり、無段変速機における出力トルクとは、当該無段変速機から出力されるトルクである。また、以下の説明では、無段変速機の入力側の動力源を、車両の駆動源である内燃機関として説明する。内燃機関のクランク軸は無段変速機の入力軸に直結されている。したがって、内燃機関の出力がそのまま無段変速機に入力される。
【００３３】
図３〜図８に示した無段変速機のワンウェイクラッチ１２０を構成するローラ１２３は、一般的には高い剛性を有する金属等の物質によって形成されてはいるが、トーション（ねじれ）特性を有する。このトーション特性は、入力部材１２２及び出力部材１２１に対するローラ１２３の滑りによる特性と、入力部材１２２及び出力部材１２１からの圧力による弾性変形による特性とを合わせた特性である。このようなトーション特性を有するローラ１２３を備えた無段変速機における偏心量ｒ１に対する変速比の特性は、幾何学的に非線形である。図１は、図３に示した無段変速機への入力トルクに対して設定される偏心量ｒ１を変速比ｉ毎に示すグラフである。図１に示すように、偏心量ｒ１に対する入力トルクの特性は変速比に応じて異なる。
【００３４】
四節リンク機構で構成された無段変速機のトルク特性は機械的な関係のみで決まり、かつ、図１に示した特性によれば、偏心量ｒ１と変速比ｉから入力トルクが導出され得ると考えられるため、入力トルクの推定値の精度は高いと推測される。したがって、本実施形態のトルク推定装置は、図１に示したグラフに基づくマップを利用して、四節リンク機構で構成されたＩＶＴと呼ばれる無段変速機（ＢＤ）の入力トルクを推定する。
【００３５】
なお、無段変速機の入力トルクに限らず、出力トルクも図１と同様の関係を有する。すなわち、無段変速機（ＢＤ）の出力トルク、偏心量ｒ１及び変速比ｉの関係は図１と同様である。したがって、本実施形態のトルク推定装置は、図１に示したグラフとは異なるグラフに基づくマップを利用して、無段変速機（ＢＤ）の出力トルクも推定する。
【００３６】
図２は、一実施形態のトルク推定装置の内部構成を示すブロック図である。図２に示すトルク推定装置は、入力回転数センサ２０１と、出力回転数センサ２０３と、偏心量センサ２０５と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０７Ａ〜２０７Ｃと、変速比算出部２０９と、トルク導出部２１１とを備える。
【００３７】
入力回転数センサ２０１は、内燃機関からの回転動力による無段変速機（ＢＤ）の入力側の回転数（以下「入力回転数」という）Ｎｉｎを検出する。なお、入力回転数Ｎｉｎは、第１支点Ｏ３を支点とした入力軸１０１の回転数と同義である。出力回転数センサ２０３は、無段変速機（ＢＤ）の出力側の回転数（以下「出力回転数」という）Ｎｏｕｔを検出する。なお、出力回転数Ｎｏｕｔは、出力中心軸線Ｏ２を中心とした出力部材１２１の回転数と同義である。
【００３８】
偏心量センサ２０５は、第１支点Ｏ３に対する入力中心軸線Ｏ１の離間距離である偏心量ｒ１を検出する。偏心量センサ２０５は、例えば、図５（ｄ）に示した偏心量ｒ１を「ゼロ」にした状態を基準として、第１支点Ｏ３からピニオン１１０の中心点までの距離を測定し、当該測定値を偏心量ｒ１として出力する。なお、偏心量センサ２０５は、アクセスペダル開度（ＡＰ開度）、車両の走行速度（車速）、内燃機関の回転数に等しい無段変速機（ＢＤ）の入力回転数Ｎｉｎ、及び無段変速機（ＢＤ）の出力回転数Ｎｏｕｔに基づいて導出した偏心量ｒ１の指示値を出力しても良い。
【００３９】
ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０７Ａ〜２０７Ｃは、入力回転数センサ２０１が出力した入力回転数Ｎｉｎ、出力回転数センサ２０３が出力回転数Ｎｏｕｔ、偏心量センサ２０５が出力した偏心量ｒ１の各高周波成分を除去する。
【００４０】
変速比算出部２０９は、ローパスフィルタを介した、出力回転数Ｎｏｕｔに対する入力回転数Ｎｉｎの値（＝Ｎｉｎ／Ｎｏｕｔ）を算出する。当該値は無段変速機（ＢＤ）における変速比ｉに等しい。トルク導出部２１１は、変速比算出部２０９が算出した変速比ｉ及びローパスフィルタを介した偏心量ｒ１に基づいて、図１に示したグラフに基づくマップから入力トルク又は出力トルクを推定値として導出する。なお、上述したように、トルク導出部２１１が入力トルクを導出する際に利用するマップと、トルク導出部２１１が出力トルクを導出する際に利用するマップは、それぞれ異なるマップである。
【００４１】
トルク導出部２１１は、他の実施形態として、無段変速機（ＢＤ）のトルク、偏心量ｒ１及び変速比ｉに応じた特性が、無段変速機（ＢＤ）内の潤滑油の温度（油温）によってもさらに異なることを示すマップを利用しても良い。ピニオン１１０は潤滑油を掻いて回転することと、油温が低いほど潤滑油の粘性が高いことと、偏心量ｒ１が大きいほどピニオン１１０が１回転するときの移動距離が長いことから、無段変速機（ＢＤ）を伝達するトルクの伝達率は油温によって異なる。したがって、トルク導出部２１１が油温をパラメータとして含むマップを利用する場合、トルク推定装置は、無段変速機（ＢＤ）の潤滑油の油温を検出する温度センサ（図示せず）を備える。
【００４２】
また、トルク導出部２１１は、他の実施形態として、入力トルクのみを推定値として導出しても良い。この場合、トルク導出部２１１は、入力トルクの推定値に無段変速機（ＢＤ）のトルク伝達率を乗算した値を出力トルクの推定値として導出する。また、トルク導出部２１１は、出力トルクのみを推定値として導出しても良い。この場合、トルク導出部２１１は、出力トルクの推定値に無段変速機（ＢＤ）のトルク伝達率の逆数を乗算した値を入力トルクの推定値として導出する。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態によれば、機械的な関係のみによって影響を受けるトルク特性の無段変速機（ＢＤ）における状態値、すなわち、入力回転数Ｎｉｎ、出力回転数Ｎｏｕｔ及び偏心量ｒ１に基づいて、図１に示したマップ又は類似のマップから、当該無段変速機（ＢＤ）における入力トルク及び出力トルクを高い精度で推定することができる。さらに、無段変速機（ＢＤ）の潤滑油の油温によって内部におけるフリクションが異なるが、トルク導出部２１１が油温も加味したマップを利用すれば、入力トルク及び出力トルクをさらに高い精度で推定することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０１ 入力軸
１０４ 偏心ディスク
１１０ ピニオン
１１２ 変速比可変機構
１２０ ワンウェイクラッチ
１２１ 出力部材
１２２ 入力部材
１２３ ローラ（係合部材）
１３０ 連結部材
１３１ 一端部（リング部）
１３２ 他端部
１３３ 円形開口
１４０ ベアリング
２０１ 入力回転数センサ
２０３ 出力回転数センサ
２０５ 偏心量センサ
２０７Ａ〜２０７Ｃ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
２０９ 変速比算出部
２１１ トルク導出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏心量に対する変速比の特性が幾何学的に非線形な無段変速機に入力されるトルク及び／又は当該無段変速機が出力するトルクを推定するトルク推定装置及びトルク推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の動力で走行する車両では、内燃機関の動力を伝達する変速機の出力トルクは推定値で得られる。すなわち、変速機の出力トルクは、内燃機関の出力トルクを推定し、その推定値に変速機の変速比を掛け合わせることによって得られる。但し、内燃機関の出力トルクは、内燃機関における回転数や吸入空気流量、圧力、温度、スロットル開度等の検出値に基づいて演算した結果であるため精度が良くない。これは、内燃機関のトルク特性が、基本的には、シリンダー内で起こる燃料と空気の化学反応とシリンダーからクランクシャフトまでの機械的な関係で決まるためである。また、変速機においても、内部でのフリクション等でトルク損失が発生するため、上記方法で得られる変速機の出力トルクの推定値の精度は良くない。
【０００３】
したがって、変速機の出力トルクを精度良く導出可能な技術が望まれる。また、変速機の入力トルクは内燃機関の出力トルクと略同義であるが、上述したように、内燃機関の出力トルクの精度も良くないため、変速機の入力トルクを精度良く導出可能な技術も望まれる。
【０００４】
ところで、変速機の種類は様々であるが、その一つに、ＩＶＴ（Infinity Variable Transmission）と呼ばれる無段変速機がある。ＩＶＴは、内燃機関の出力軸の回転運動を揺動運動に変換し、更に揺動運動を回転運動に変換して変速機の出力軸から出力する。このため、ＩＶＴでは、クラッチを使用せずに変速比を無段階に変更できると共に、変速比の最大値を無限大に設定することができる。なお、ＩＶＴにおいて、変速比が無限大に設定されたときの出力回転数はゼロである。
【０００５】
図３は、ＩＶＴと呼ばれる無段変速機の一部の構成を軸線方向から見た側断面図である。図３に示す無段変速機は、内燃機関等の動力源からの回転動力を受けることで入力中心軸線Ｏ１の周りを回転する入力軸１０１と、入力軸１０１と一体回転する偏心ディスク１０４と、入力側と出力側を結ぶ連結部材１３０と、出力側に設けられたワンウェイクラッチ１２０とを備える。
【０００６】
偏心ディスク１０４は、第１支点Ｏ３を中心とした円形形状に形成されている。第１支点Ｏ３は、入力中心軸線Ｏ１に対して変更可能な偏心量ｒ１を保ちつつ、入力中心軸線Ｏ１の周りに入力軸１０１と共に回転するように設定されている。したがって、偏心ディスク１０４は、偏心量ｒ１を保った状態で、入力中心軸線Ｏ１の周りを入力軸１０１が回転するに伴って偏心回転するように設けられている。
【０００７】
偏心ディスク１０４は、図３に示すように、外周側円板１０５と、入力軸１０１に一体形成された内周側円板１０８とで構成されている。内周側円板１０８は、入力軸１０１の中心軸線である入力中心軸線Ｏ１に対して一定の偏心距離だけ中心を偏倚させた肉厚円板として形成されている。外周側円板１０５は、第１支点Ｏ３を中心にした肉厚円板として形成されており、その中心（第１支点Ｏ３）を外れた位置に中心を持つ第１円形孔１０６を有している。そして、この第１円形孔１０６の内周に回転可能に内周側円板１０８の外周が嵌っている。
【０００８】
また、内周側円板１０８には、入力中心軸線Ｏ１を中心とすると共に周方向の一部が内周側円板１０８の外周に開口した第２円形孔１０９が設けられており、その第２円形孔１０９の内部にピニオン１１０が回転自在に収容されている。ピニオン１１０の歯は、第２円形孔１０９の外周の開口を通して、外周側円板１０５の第１円形孔１０６の内周に形成した内歯歯車１０７に噛み合っている。
【０００９】
このピニオン１１０は、入力軸１０１の中心軸線である入力中心軸線Ｏ１と同軸に回転するように設けられている。即ち、ピニオン１１０の回転中心と入力軸１０１の中心軸線である入力中心軸線Ｏ１とが一致している。ピニオン１１０は、直流モータ及び減速機構によって構成される図示しないアクチュエータにより、第２円形孔１０９の内部で回転させられる。通常時は、入力軸１０１の回転と同期させてピニオン１１０を回転させ、同期する回転数を基準として、ピニオン１１０に入力軸１０１の回転数を上回るか下回るかする回転数を与えることにより、ピニオン１１０を入力軸１０１に対して相対回転させる。例えば、ピニオン１１０およびアクチュエータの出力軸が互いに連結されるように配置し、アクチュエータの回転が入力軸１０１の回転に対して回転差が生じる場合には、その回転差に減速比をかけた分だけ入力軸１０１とピニオン１１０の相対角度が変化する減速機構（例えば遊星歯車）を用いることで実現できる。この際、アクチュエータと入力軸１０１の回転差がなく同期している場合には偏心量ｒ１は変化しない。
【００１０】
従って、ピニオン１１０を回すことにより、ピニオン１１０の歯が噛合している内歯歯車１０７つまり外周側円板１０５が内周側円板１０８に対して相対回転し、それにより、ピニオン１１０の中心（入力中心軸線Ｏ１）と外周側円板１０５の中心（第１支点Ｏ３）との間の距離（つまり偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１）が変化する。
【００１１】
この場合、ピニオン１１０の回転によって、ピニオン１１０の中心（入力中心軸線Ｏ１）に外周側円板１０５の中心（第１支点Ｏ３）を一致させることができるように設定されており、両中心を一致させることにより、偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１を「ゼロ」に設定できる。
【００１２】
また、ワンウェイクラッチ１２０は、入力中心軸線Ｏ１から離れた出力中心軸線Ｏ２の周りを回転する出力部材（クラッチインナー）１２１と、外部から回転方向の動力を受けることで出力中心軸線Ｏ２の周りを揺動するリング状の入力部材（クラッチアウター）１２２と、入力部材１２２および出力部材１２１を互いにロック状態または非ロック状態にするために入力部材１２２と出力部材１２１の間に挿入された複数のローラ（係合部材）１２３とを有する。なお、ワンウェイクラッチ１２０には、出力部材１２１の断面における辺数と同数のローラ１２３が設けられている。
【００１３】
ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２から出力部材１２１への動力（トルク）の伝達は、入力部材１２２の正方向（図３中矢印ＲＤ１方向）の回転速度が出力部材１２１の正方向の回転速度を超えた条件でのみ行われる。つまり、ワンウェイクラッチ１２０では、入力部材１２２の回転速度が出力部材１２１の回転速度より高くなったときに初めてローラ１２３を介しての噛み合い（ロック）が発生し、入力部材１２２の揺動動力が出力部材１２１の回転運動に変換される。
【００１４】
入力部材１２２の周方向の１箇所には張り出し部１２４が設けられており、その張り出し部１２４に、出力中心軸線Ｏ２から離間した第２支点Ｏ４が設けられている。そして、入力部材１２２の第２支点Ｏ４上にピン１２５が配置され、このピン１２５によって、連結部材１３０の先端（他端部）１３２が入力部材１２２に回転自在に連結されている。
【００１５】
連結部材１３０は、一端側にリング部１３１を有し、そのリング部１３１の円形開口１３３の内周が、ベアリング１４０を介して、偏心ディスク１０４の外周に回転自在に嵌合されている。従って、このように連結部材１３０の一端が偏心ディスク１０４の外周に回転自在に連結されると共に、連結部材１３０の他端が、ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２上に設けられた第２支点Ｏ４に回動自在に連結されることにより、図４に示すように、入力中心軸線Ｏ１、第１支点Ｏ３、出力中心軸線Ｏ２、第２支点Ｏ４の４つの節を回動点とする四節リンク機構が構成される。
【００１６】
図４は、四節リンク機構として構成された無段変速機の駆動力伝達原理の説明図である。この四節リンク機構では、入力軸１０１から偏心ディスク１０４に与えられる回転運動が、連結部材１３０を介して、ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２に対して該入力部材１２２の揺動運動として伝えられ、その入力部材１２２の揺動運動が出力部材１２１の回転運動に変換される。偏心ディスク１０４を回転させる入力軸１０１が１回転すると、ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２は１往復揺動する。図４に示すように、偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１の値に関係なく、ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２の揺動周期は常に一定である。入力部材１２２の角速度ω２は、偏心ディスク１０４（入力軸１０１）の回転角速度ω１と偏心量ｒ１によって決まる。
【００１７】
その際、ピニオン１１０、ピニオン１１０を収容する第２円形孔１０９を備えた内周側円板１０８、内周側円板１０８を回転可能に収容する第１円形孔１０６を備えた外周側円板１０５、アクチュエータなどにより構成された変速比可変機構１１２の前記ピニオン１１０をアクチュエータで動かすことにより、偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１を変化させることができる。そして、偏心量ｒ１を変更することで、ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２の揺動角度θ２を変更することができ、それにより、入力軸１０１の回転数に対する出力部材１２１の回転数の比（変速比：レシオｉ）を変えることができる。即ち、入力中心軸線Ｏ１に対する第１支点Ｏ３の偏心量ｒ１を調節することで、偏心ディスク１０４からワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２に伝えられる揺動運動の揺動角度θ２を変更し、それにより、入力軸１０１に入力される回転動力が、偏心ディスク１０４および連結部材１３０を介してワンウェイクラッチ１２０の出力部材１２１に回転動力として伝達される際の変速比を変更することができる。
【００１８】
図５（ａ）〜（ｄ）及び図６（ａ）〜（ｃ）は、図３に示した無段変速機における変速比可変機構１１２による変速原理の説明図である。図５及び図６に示すように、変速比可変機構１１２のピニオン１１０を回転させて、内周側円板１０８に対して外周側円板１０５を回転させることにより、偏心ディスク１０４の入力中心軸線Ｏ１（ピニオン１１０の回転中心）に対する偏心量ｒ１を調節することができる。
【００１９】
例えば、図５（ａ）及び図６（ａ）に示すように、偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１を「大」にした場合は、ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２の揺動角度θ２を大きくすることができるので、小さな変速比ｉを実現することができる。また、図５（ｂ）及び図６（ｂ）に示すように、偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１を「中」にした場合は、ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２の揺動角度θ２を「中」にすることができるので、中くらいの変速比ｉを実現することができる。また、図５（ｃ）及び図６（ｃ）に示すように、偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１を「小」にした場合は、ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２の揺動角度θ２を小さくすることができるので、大きな変速比ｉを実現することができる。また、図５（ｄ）に示すように、偏心ディスク１０４の偏心量ｒ１を「ゼロ」にした場合は、ワンウェイクラッチ１２０の入力部材１２２の揺動角度θ２を「ゼロ」にすることができるので、変速比ｉを「無限大（∞）」にすることができる。
【００２０】
図７は、ワンウェイクラッチ１２０の断面図及びその一部拡大図である。また、図８（ａ）〜（ｃ）は、ワンウェイクラッチ１２０の各状態における一部拡大図である。図７及び図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、出力部材１２１のローラ１２３と接する面は、入力部材１２２の揺動運動に応じてその揺動方向にローラ１２３が移動可能な窪みを有する。但し、当該窪みの深さは、入力部材１２２が図７に示す空転方向の位置とトルク伝達方向の位置とで異なり、空転方向の位置の深さはトルク伝達方向の位置の深さよりも深い。
【００２１】
入力部材１２２が相対的に出力部材１２１よりも空転方向に振れると、ローラ１２３も空転方向に移動する。空転方向の位置における入力部材１２２から出力部材１２１までの空間はローラ１２３の大きさよりも若干広い。このため、当該位置に移動したローラ１２３は空転する。一方、入力部材１２２が相対的に出力部材１２１よりもトルク伝達方向に振れると、ローラ１２３もトルク伝達方向に移動する。トルク伝達方向の位置における入力部材１２２から出力部材１２１までの空間はローラ１２３の大きさよりも若干狭い。このため、当該位置に移動したローラ１２３は、図８（ａ）に示すように、入力部材１２２と出力部材１２１とによって挟まれ、それぞれから対向する方向に圧力を受ける。このとき、ローラ１２３を介した入力部材１２２と出力部材１２１の噛み合い（ロック）が発生し、入力部材１２２の揺動動力が出力部材１２１の回転運動に変換される。この後、入力部材１２２の回転速度が出力部材１２１の回転速度より低下して、入力部材１２２が相対的に出力部材１２１よりも空転方向に振れると、ローラ１２３を介したロックが解除されて、図８（ｃ）に示したように、ワンウェイクラッチ１２０はフリーな状態（空転状態）に戻る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特許第４５５３８６３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
上記説明した四節リンク機構で構成された無段変速機のトルク特性は機械的な関係のみで決まる。このため、内燃機関から当該無段変速機に入力されるトルク（入力トルク）や当該無段変速機が出力するトルク（出力トルク）を無段変速機の状態値に基づいて導出した値は、内燃機関の出力トルクの推定値を基に導出した値よりも精度が高いと考えられる。
【００２４】
本発明の目的は、偏心量に対する変速比の特性が幾何学的に非線形な無段変速機における入力トルク及び／又は出力トルクを高い精度で推定可能なトルク推定装置及びトルク推定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の発明のトルク推定装置は、動力源（例えば、実施の形態での内燃機関）からの回転動力を受けることで入力中心軸線（例えば、実施の形態での入力中心軸線Ｏ１）の周りを回転する入力軸（例えば、実施の形態での入力軸１０１）と、前記入力中心軸線に対する偏心量（例えば、実施の形態での偏心量ｒ１）を変更可能な第１支点（例えば、実施の形態での第１支点Ｏ３）をそれぞれの中心に有して、該偏心量を保ちつつ前記入力中心軸線の周りを前記入力軸と共に回転する偏心ディスク（例えば、実施の形態での偏心ディスク１０４）と、前記入力中心軸線から離れた出力中心軸線（例えば、実施の形態での出力中心軸線Ｏ２）の周りを回転する出力部材（例えば、実施の形態での出力部材１２１）と、外部から回転方向の動力を受けることで前記出力中心軸線の周りを揺動する入力部材（例えば、実施の形態での入力部材１２２）と、前記入力部材及び前記出力部材を互いにロック状態又は非ロック状態にする係合部材（例えば、実施の形態でのローラ１２３）と、を有し、前記入力部材の正方向の回転速度が前記出力部材の正方向の回転速度を上回ったとき、前記入力部材に入力された回転動力を前記出力部材に伝達し、それにより前記入力部材の揺動運動を前記出力部材の回転運動に変換するワンウェイクラッチ（例えば、実施の形態でのワンウェイクラッチ１２０）と、一端が前記偏心ディスクの外周に前記第１支点を中心に回転自在に連結され、他端が前記ワンウェイクラッチの前記入力部材上の前記出力中心軸線から離間した位置に設けられた第２支点（例えば、実施の形態での第２支点Ｏ４）に回動自在に連結されることで、前記入力軸から前記偏心ディスクに与えられる回転運動を、前記ワンウェイクラッチの前記入力部材に対し当該入力部材の揺動運動として伝える連結部材（例えば、実施の形態での連結部材１３０）と、前記入力中心軸線に対する前記第１支点の偏心量を調節することで、前記偏心ディスクから前記ワンウェイクラッチの前記入力部材に伝えられる揺動運動の揺動角度を変更するアクチュエータを有し、それにより、前記入力軸に入力される回転動力が前記偏心ディスク及び前記連結部材を介して前記ワンウェイクラッチの出力部材に回転動力として伝達される際の変速比を変更すると共に、前記偏心量がゼロに設定可能とされることで前記変速比を無限大に設定する変速比可変機構（例えば、実施の形態での変速比可変機構１１２）と、を備えた四節リンク機構式の無段変速機におけるトルクを推定するトルク推定装置であって、前記動力源からの回転動力による前記無段変速機の入力側の回転数である入力回転数と、前記無段変速機の出力側の回転数である出力回転数と、前記無段変速機に設定されている偏心量とに基づいて、前記無段変速機の変速比毎に異なるトルクと偏心量の関係から、前記無段変速機に入力されるトルクである入力トルク及び／又は前記無段変速機が出力するトルクである出力トルクを推定することを特徴としている。
【００２６】
さらに、請求項２に記載の発明のトルク推定装置では、前記入力回転数と、前記出力回転数と、前記無段変速機に設定されている偏心量と、前記無段変速機内の潤滑油の温度である油温とに基づいて、前記無段変速機の変速比毎に異なるトルクと偏心量と油温の関係から、前記入力トルク及び／又は前記出力トルクを推定することを特徴としている。
【００２７】
さらに、請求項３に記載の発明のトルク推定方法では、動力源（例えば、実施の形態での内燃機関）からの回転動力を受けることで入力中心軸線（例えば、実施の形態での入力中心軸線Ｏ１）の周りを回転する入力軸（例えば、実施の形態での入力軸１０１）と、前記入力中心軸線に対する偏心量（例えば、実施の形態での偏心量ｒ１）を変更可能な第１支点（例えば、実施の形態での第１支点Ｏ３）をそれぞれの中心に有して、該偏心量を保ちつつ前記入力中心軸線の周りを前記入力軸と共に回転する偏心ディスク（例えば、実施の形態での偏心ディスク１０４）と、前記入力中心軸線から離れた出力中心軸線（例えば、実施の形態での出力中心軸線Ｏ２）の周りを回転する出力部材（例えば、実施の形態での出力部材１２１）と、外部から回転方向の動力を受けることで前記出力中心軸線の周りを揺動する入力部材（例えば、実施の形態での入力部材１２２）と、前記入力部材及び前記出力部材を互いにロック状態又は非ロック状態にする係合部材（例えば、実施の形態でのローラ１２３）と、を有し、前記入力部材の正方向の回転速度が前記出力部材の正方向の回転速度を上回ったとき、前記入力部材に入力された回転動力を前記出力部材に伝達し、それにより前記入力部材の揺動運動を前記出力部材の回転運動に変換するワンウェイクラッチ（例えば、実施の形態でのワンウェイクラッチ１２０）と、一端が前記偏心ディスクの外周に前記第１支点を中心に回転自在に連結され、他端が前記ワンウェイクラッチの前記入力部材上の前記出力中心軸線から離間した位置に設けられた第２支点（例えば、実施の形態での第２支点Ｏ４）に回動自在に連結されることで、前記入力軸から前記偏心ディスクに与えられる回転運動を、前記ワンウェイクラッチの前記入力部材に対し当該入力部材の揺動運動として伝える連結部材（例えば、実施の形態での連結部材１３０）と、前記入力中心軸線に対する前記第１支点の偏心量を調節することで、前記偏心ディスクから前記ワンウェイクラッチの前記入力部材に伝えられる揺動運動の揺動角度を変更するアクチュエータを有し、それにより、前記入力軸に入力される回転動力が前記偏心ディスク及び前記連結部材を介して前記ワンウェイクラッチの出力部材に回転動力として伝達される際の変速比を変更すると共に、前記偏心量がゼロに設定可能とされることで前記変速比を無限大に設定する変速比可変機構（例えば、実施の形態での変速比可変機構１１２）と、を備えた四節リンク機構式の無段変速機におけるトルクを推定するトルク推定方法であって、前記動力源からの回転動力による前記無段変速機の入力側の回転数である入力回転数と、前記無段変速機の出力側の回転数である出力回転数と、前記無段変速機に設定されている偏心量とに基づいて、前記無段変速機の変速比毎に異なるトルクと偏心量の関係から、前記無段変速機に入力されるトルクである入力トルク及び／又は前記無段変速機が出力するトルクである出力トルクを推定することを特徴としている。
【００２８】
さらに、請求項４に記載の発明のトルク推定方法では、前記入力回転数と、前記出力回転数と、前記無段変速機に設定されている偏心量と、前記無段変速機内の潤滑油の温度である油温とに基づいて、前記無段変速機の変速比毎に異なるトルクと偏心量と油温の関係から、前記入力トルク及び／又は前記出力トルクを推定することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２９】
請求項１及び２に記載の発明のトルク推定装置、並びに、請求項３及び４に記載の発明のトルク推定方法によれば、偏心量に対する変速比の特性が幾何学的に非線形な無段変速機における入力トルク及び／又は出力トルクを高い精度で推定できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図３に示した無段変速機への入力トルクに対して設定される偏心量ｒ１を変速比ｉ毎に示すグラフ
【図２】一実施形態のトルク推定装置の内部構成を示すブロック図
【図３】ＩＶＴと呼ばれる無段変速機の一部の構成を軸線方向から見た側断面図
【図４】四節リンク機構として構成された無段変速機の駆動力伝達原理の説明図
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、図３に示した無段変速機における変速比可変機構１１２による変速原理の説明図
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、図３に示した無段変速機における変速比可変機構１１２による変速原理の説明図
【図７】ワンウェイクラッチ１２０の断面図及びその一部拡大図
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、ワンウェイクラッチ１２０の各状態における一部拡大図
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００３２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本発明に係るトルク推定装置は、上記説明したＩＶＴ（Infinity Variable Transmission）と呼ばれる図３〜図８に示した無段変速機（以下「ＢＤ」とも表記する）における入力トルク及び／又は出力トルクを推定する。なお、無段変速機における入力トルクとは、動力源から当該無段変速機に入力されるトルクであり、無段変速機における出力トルクとは、当該無段変速機から出力されるトルクである。また、以下の説明では、無段変速機の入力側の動力源を、車両の駆動源である内燃機関として説明する。内燃機関のクランク軸は無段変速機の入力軸に直結されている。したがって、内燃機関の出力がそのまま無段変速機に入力される。
【００３３】
図３〜図８に示した無段変速機のワンウェイクラッチ１２０を構成するローラ１２３は、一般的には高い剛性を有する金属等の物質によって形成されてはいるが、トーション（ねじれ）特性を有する。このトーション特性は、入力部材１２２及び出力部材１２１に対するローラ１２３の滑りによる特性と、入力部材１２２及び出力部材１２１からの圧力による弾性変形による特性とを合わせた特性である。このようなトーション特性を有するローラ１２３を備えた無段変速機における偏心量ｒ１に対する変速比の特性は、幾何学的に非線形である。図１は、図３に示した無段変速機への入力トルクに対して設定される偏心量ｒ１を変速比ｉ毎に示すグラフである。図１に示すように、偏心量ｒ１に対する入力トルクの特性は変速比に応じて異なる。
【００３４】
四節リンク機構で構成された無段変速機のトルク特性は機械的な関係のみで決まり、かつ、図１に示した特性によれば、偏心量ｒ１と変速比ｉから入力トルクが導出され得ると考えられるため、入力トルクの推定値の精度は高いと推測される。したがって、本実施形態のトルク推定装置は、図１に示したグラフに基づくマップを利用して、四節リンク機構で構成されたＩＶＴと呼ばれる無段変速機（ＢＤ）の入力トルクを推定する。
【００３５】
なお、無段変速機の入力トルクに限らず、出力トルクも図１と同様の関係を有する。すなわち、無段変速機（ＢＤ）の出力トルク、偏心量ｒ１及び変速比ｉの関係は図１と同様である。したがって、本実施形態のトルク推定装置は、図１に示したグラフとは異なるグラフに基づくマップを利用して、無段変速機（ＢＤ）の出力トルクも推定する。
【００３６】
図２は、一実施形態のトルク推定装置の内部構成を示すブロック図である。図２に示すトルク推定装置は、入力回転数センサ２０１と、出力回転数センサ２０３と、偏心量センサ２０５と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０７Ａ〜２０７Ｃと、変速比算出部２０９と、トルク導出部２１１とを備える。
【００３７】
入力回転数センサ２０１は、内燃機関からの回転動力による無段変速機（ＢＤ）の入力側の回転数（以下「入力回転数」という）Ｎｉｎを検出する。なお、入力回転数Ｎｉｎは、第１支点Ｏ３を支点とした入力軸１０１の回転数と同義である。出力回転数センサ２０３は、無段変速機（ＢＤ）の出力側の回転数（以下「出力回転数」という）Ｎｏｕｔを検出する。なお、出力回転数Ｎｏｕｔは、出力中心軸線Ｏ２を中心とした出力部材１２１の回転数と同義である。
【００３８】
偏心量センサ２０５は、第１支点Ｏ３に対する入力中心軸線Ｏ１の離間距離である偏心量ｒ１を検出する。偏心量センサ２０５は、例えば、図５（ｄ）に示した偏心量ｒ１を「ゼロ」にした状態を基準として、第１支点Ｏ３からピニオン１１０の中心点までの距離を測定し、当該測定値を偏心量ｒ１として出力する。なお、偏心量センサ２０５は、アクセスペダル開度（ＡＰ開度）、車両の走行速度（車速）、内燃機関の回転数に等しい無段変速機（ＢＤ）の入力回転数Ｎｉｎ、及び無段変速機（ＢＤ）の出力回転数Ｎｏｕｔに基づいて導出した偏心量ｒ１の指示値を出力しても良い。
【００３９】
ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０７Ａ〜２０７Ｃは、入力回転数センサ２０１が出力した入力回転数Ｎｉｎ、出力回転数センサ２０３が出力回転数Ｎｏｕｔ、偏心量センサ２０５が出力した偏心量ｒ１の各高周波成分を除去する。
【００４０】
変速比算出部２０９は、ローパスフィルタを介した、出力回転数Ｎｏｕｔに対する入力回転数Ｎｉｎの値（＝Ｎｉｎ／Ｎｏｕｔ）を算出する。当該値は無段変速機（ＢＤ）における変速比ｉに等しい。トルク導出部２１１は、変速比算出部２０９が算出した変速比ｉ及びローパスフィルタを介した偏心量ｒ１に基づいて、図１に示したグラフに基づくマップから入力トルク又は出力トルクを推定値として導出する。なお、上述したように、トルク導出部２１１が入力トルクを導出する際に利用するマップと、トルク導出部２１１が出力トルクを導出する際に利用するマップは、それぞれ異なるマップである。
【００４１】
トルク導出部２１１は、他の実施形態として、無段変速機（ＢＤ）のトルク、偏心量ｒ１及び変速比ｉに応じた特性が、無段変速機（ＢＤ）内の潤滑油の温度（油温）によってもさらに異なることを示すマップを利用しても良い。ピニオン１１０は潤滑油を掻いて回転することと、油温が低いほど潤滑油の粘性が高いことと、偏心量ｒ１が大きいほどピニオン１１０が１回転するときの移動距離が長いことから、無段変速機（ＢＤ）を伝達するトルクの伝達率は油温によって異なる。したがって、トルク導出部２１１が油温をパラメータとして含むマップを利用する場合、トルク推定装置は、無段変速機（ＢＤ）の潤滑油の油温を検出する温度センサ（図示せず）を備える。
【００４２】
また、トルク導出部２１１は、他の実施形態として、入力トルクのみを推定値として導出しても良い。この場合、トルク導出部２１１は、入力トルクの推定値に無段変速機（ＢＤ）のトルク伝達率を乗算した値を出力トルクの推定値として導出する。また、トルク導出部２１１は、出力トルクのみを推定値として導出しても良い。この場合、トルク導出部２１１は、出力トルクの推定値に無段変速機（ＢＤ）のトルク伝達率の逆数を乗算した値を入力トルクの推定値として導出する。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態によれば、機械的な関係のみによって影響を受けるトルク特性の無段変速機（ＢＤ）における状態値、すなわち、入力回転数Ｎｉｎ、出力回転数Ｎｏｕｔ及び偏心量ｒ１に基づいて、図１に示したマップ又は類似のマップから、当該無段変速機（ＢＤ）における入力トルク及び出力トルクを高い精度で推定することができる。さらに、無段変速機（ＢＤ）の潤滑油の油温によって内部におけるフリクションが異なるが、トルク導出部２１１が油温も加味したマップを利用すれば、入力トルク及び出力トルクをさらに高い精度で推定することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１０１ 入力軸
１０４ 偏心ディスク
１１０ ピニオン
１１２ 変速比可変機構
１２０ ワンウェイクラッチ
１２１ 出力部材
１２２ 入力部材
１２３ ローラ（係合部材）
１３０ 連結部材
１３１ 一端部（リング部）
１３２ 他端部
１３３ 円形開口
１４０ ベアリング
２０１ 入力回転数センサ
２０３ 出力回転数センサ
２０５ 偏心量センサ
２０７Ａ〜２０７Ｃ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
２０９ 変速比算出部
２１１ トルク導出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力源からの回転動力を受けることで入力中心軸線の周りを回転する入力軸と、
前記入力中心軸線に対する偏心量を変更可能な第１支点をそれぞれの中心に有して、該偏心量を保ちつつ前記入力中心軸線の周りを前記入力軸と共に回転する偏心ディスクと、
前記入力中心軸線から離れた出力中心軸線の周りを回転する出力部材と、外部から回転方向の動力を受けることで前記出力中心軸線の周りを揺動する入力部材と、前記入力部材及び前記出力部材を互いにロック状態又は非ロック状態にする係合部材と、を有し、前記入力部材の正方向の回転速度が前記出力部材の正方向の回転速度を上回ったとき、前記入力部材に入力された回転動力を前記出力部材に伝達し、それにより前記入力部材の揺動運動を前記出力部材の回転運動に変換するワンウェイクラッチと、
一端が前記偏心ディスクの外周に前記第１支点を中心に回転自在に連結され、他端が前記ワンウェイクラッチの前記入力部材上の前記出力中心軸線から離間した位置に設けられた第２支点に回動自在に連結されることで、前記入力軸から前記偏心ディスクに与えられる回転運動を、前記ワンウェイクラッチの前記入力部材に対し当該入力部材の揺動運動として伝える連結部材と、
前記入力中心軸線に対する前記第１支点の偏心量を調節することで、前記偏心ディスクから前記ワンウェイクラッチの前記入力部材に伝えられる揺動運動の揺動角度を変更するアクチュエータを有し、それにより、前記入力軸に入力される回転動力が前記偏心ディスク及び前記連結部材を介して前記ワンウェイクラッチの出力部材に回転動力として伝達される際の変速比を変更すると共に、前記偏心量がゼロに設定可能とされることで前記変速比を無限大に設定する変速比可変機構と、
を備えた四節リンク機構式の無段変速機におけるトルクを推定するトルク推定装置であって、
前記動力源からの回転動力による前記無段変速機の入力側の回転数である入力回転数と、前記無段変速機の出力側の回転数である出力回転数と、前記無段変速機に設定されている偏心量とに基づいて、前記無段変速機の変速比毎に異なるトルクと偏心量の関係から、前記無段変速機に入力されるトルクである入力トルク及び／又は前記無段変速機が出力するトルクである出力トルクを推定することを特徴とするトルク推定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のトルク推定装置であって、
前記入力回転数と、前記出力回転数と、前記無段変速機に設定されている偏心量と、前記無段変速機内の潤滑油の温度である油温とに基づいて、前記無段変速機の変速比毎に異なるトルクと偏心量と油温の関係から、前記入力トルク及び／又は前記出力トルクを推定することを特徴とするトルク推定装置。
【請求項３】
動力源からの回転動力を受けることで入力中心軸線の周りを回転する入力軸と、
前記入力中心軸線に対する偏心量を変更可能な第１支点をそれぞれの中心に有して、該偏心量を保ちつつ前記入力中心軸線の周りを前記入力軸と共に回転する偏心ディスクと、
前記入力中心軸線から離れた出力中心軸線の周りを回転する出力部材と、外部から回転方向の動力を受けることで前記出力中心軸線の周りを揺動する入力部材と、前記入力部材及び前記出力部材を互いにロック状態又は非ロック状態にする係合部材と、を有し、前記入力部材の正方向の回転速度が前記出力部材の正方向の回転速度を上回ったとき、前記入力部材に入力された回転動力を前記出力部材に伝達し、それにより前記入力部材の揺動運動を前記出力部材の回転運動に変換するワンウェイクラッチと、
一端が前記偏心ディスクの外周に前記第１支点を中心に回転自在に連結され、他端が前記ワンウェイクラッチの前記入力部材上の前記出力中心軸線から離間した位置に設けられた第２支点に回動自在に連結されることで、前記入力軸から前記偏心ディスクに与えられる回転運動を、前記ワンウェイクラッチの前記入力部材に対し当該入力部材の揺動運動として伝える連結部材と、
前記入力中心軸線に対する前記第１支点の偏心量を調節することで、前記偏心ディスクから前記ワンウェイクラッチの前記入力部材に伝えられる揺動運動の揺動角度を変更するアクチュエータを有し、それにより、前記入力軸に入力される回転動力が前記偏心ディスク及び前記連結部材を介して前記ワンウェイクラッチの出力部材に回転動力として伝達される際の変速比を変更すると共に、前記偏心量がゼロに設定可能とされることで前記変速比を無限大に設定する変速比可変機構と、
を備えた四節リンク機構式の無段変速機におけるトルクを推定するトルク推定方法であって、
前記動力源からの回転動力による前記無段変速機の入力側の回転数である入力回転数と、前記無段変速機の出力側の回転数である出力回転数と、前記無段変速機に設定されている偏心量とに基づいて、前記無段変速機の変速比毎に異なるトルクと偏心量の関係から、前記無段変速機に入力されるトルクである入力トルク及び／又は前記無段変速機が出力するトルクである出力トルクを推定することを特徴とするトルク推定方法。
【請求項４】
請求項３に記載のトルク推定方法であって、
前記入力回転数と、前記出力回転数と、前記無段変速機に設定されている偏心量と、前記無段変速機内の潤滑油の温度である油温とに基づいて、前記無段変速機の変速比毎に異なるトルクと偏心量と油温の関係から、前記入力トルク及び／又は前記出力トルクを推定することを特徴とするトルク推定方法。
【請求項１】
動力源からの回転動力を受けることで入力中心軸線の周りを回転する入力軸と、
前記入力中心軸線に対する偏心量を変更可能な第１支点をそれぞれの中心に有して、該偏心量を保ちつつ前記入力中心軸線の周りを前記入力軸と共に回転する偏心ディスクと、
前記入力中心軸線から離れた出力中心軸線の周りを回転する出力部材と、外部から回転方向の動力を受けることで前記出力中心軸線の周りを揺動する入力部材と、前記入力部材及び前記出力部材を互いにロック状態又は非ロック状態にする係合部材と、を有し、前記入力部材の正方向の回転速度が前記出力部材の正方向の回転速度を上回ったとき、前記入力部材に入力された回転動力を前記出力部材に伝達し、それにより前記入力部材の揺動運動を前記出力部材の回転運動に変換するワンウェイクラッチと、
一端が前記偏心ディスクの外周に前記第１支点を中心に回転自在に連結され、他端が前記ワンウェイクラッチの前記入力部材上の前記出力中心軸線から離間した位置に設けられた第２支点に回動自在に連結されることで、前記入力軸から前記偏心ディスクに与えられる回転運動を、前記ワンウェイクラッチの前記入力部材に対し当該入力部材の揺動運動として伝える連結部材と、
前記入力中心軸線に対する前記第１支点の偏心量を調節することで、前記偏心ディスクから前記ワンウェイクラッチの前記入力部材に伝えられる揺動運動の揺動角度を変更するアクチュエータを有し、それにより、前記入力軸に入力される回転動力が前記偏心ディスク及び前記連結部材を介して前記ワンウェイクラッチの出力部材に回転動力として伝達される際の変速比を変更すると共に、前記偏心量がゼロに設定可能とされることで前記変速比を無限大に設定する変速比可変機構と、
を備えた四節リンク機構式の無段変速機におけるトルクを推定するトルク推定装置であって、
前記動力源からの回転動力による前記無段変速機の入力側の回転数である入力回転数と、前記無段変速機の出力側の回転数である出力回転数と、前記無段変速機に設定されている偏心量とに基づいて、前記無段変速機の変速比毎に異なるトルクと偏心量の関係から、前記無段変速機に入力されるトルクである入力トルク及び／又は前記無段変速機が出力するトルクである出力トルクを推定することを特徴とするトルク推定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のトルク推定装置であって、
前記入力回転数と、前記出力回転数と、前記無段変速機に設定されている偏心量と、前記無段変速機内の潤滑油の温度である油温とに基づいて、前記無段変速機の変速比毎に異なるトルクと偏心量と油温の関係から、前記入力トルク及び／又は前記出力トルクを推定することを特徴とするトルク推定装置。
【請求項３】
動力源からの回転動力を受けることで入力中心軸線の周りを回転する入力軸と、
前記入力中心軸線に対する偏心量を変更可能な第１支点をそれぞれの中心に有して、該偏心量を保ちつつ前記入力中心軸線の周りを前記入力軸と共に回転する偏心ディスクと、
前記入力中心軸線から離れた出力中心軸線の周りを回転する出力部材と、外部から回転方向の動力を受けることで前記出力中心軸線の周りを揺動する入力部材と、前記入力部材及び前記出力部材を互いにロック状態又は非ロック状態にする係合部材と、を有し、前記入力部材の正方向の回転速度が前記出力部材の正方向の回転速度を上回ったとき、前記入力部材に入力された回転動力を前記出力部材に伝達し、それにより前記入力部材の揺動運動を前記出力部材の回転運動に変換するワンウェイクラッチと、
一端が前記偏心ディスクの外周に前記第１支点を中心に回転自在に連結され、他端が前記ワンウェイクラッチの前記入力部材上の前記出力中心軸線から離間した位置に設けられた第２支点に回動自在に連結されることで、前記入力軸から前記偏心ディスクに与えられる回転運動を、前記ワンウェイクラッチの前記入力部材に対し当該入力部材の揺動運動として伝える連結部材と、
前記入力中心軸線に対する前記第１支点の偏心量を調節することで、前記偏心ディスクから前記ワンウェイクラッチの前記入力部材に伝えられる揺動運動の揺動角度を変更するアクチュエータを有し、それにより、前記入力軸に入力される回転動力が前記偏心ディスク及び前記連結部材を介して前記ワンウェイクラッチの出力部材に回転動力として伝達される際の変速比を変更すると共に、前記偏心量がゼロに設定可能とされることで前記変速比を無限大に設定する変速比可変機構と、
を備えた四節リンク機構式の無段変速機におけるトルクを推定するトルク推定方法であって、
前記動力源からの回転動力による前記無段変速機の入力側の回転数である入力回転数と、前記無段変速機の出力側の回転数である出力回転数と、前記無段変速機に設定されている偏心量とに基づいて、前記無段変速機の変速比毎に異なるトルクと偏心量の関係から、前記無段変速機に入力されるトルクである入力トルク及び／又は前記無段変速機が出力するトルクである出力トルクを推定することを特徴とするトルク推定方法。
【請求項４】
請求項３に記載のトルク推定方法であって、
前記入力回転数と、前記出力回転数と、前記無段変速機に設定されている偏心量と、前記無段変速機内の潤滑油の温度である油温とに基づいて、前記無段変速機の変速比毎に異なるトルクと偏心量と油温の関係から、前記入力トルク及び／又は前記出力トルクを推定することを特徴とするトルク推定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−２９１４０（Ｐ２０１３−２９１４０Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６４６９７（Ｐ２０１１−１６４６９７）
【出願日】平成２３年７月２７日（２０１１．７．２７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２７日（２０１１．７．２７）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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