説明

駆動制御装置

【課題】駆動損失の増大を抑えること。
【解決手段】変速比を無段階に変化させる無段変速機構10と複数の回転要素(リングギヤ31,サンギヤ32,遊星ギヤ33,遊星ギヤキャリア34)を有する差動機構30とが入力軸101と出力軸102との間に配設された無段変速機100の駆動制御装置1において、無段変速機構10の第1アウトプットディスク13と第2アウトプットディスク14を同じ回転数に制御可能であること。ここで、その無段変速機構10は、第1アウトプットディスク13と第2アウトプットディスク14の間の回転数の比を無段階に変化させるものであり、且つ、差動機構30は、第1アウトプットディスク13と第2アウトプットディスク14に対してサンギヤ32とリングギヤ31を1対1の関係で係合させたものである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、変速比を無段階に変化させる無段変速機の制御を行う駆動制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、複数の回転要素からなる所謂トラクション遊星ギヤ機構により構成された無段変速機が知られている。例えば、下記の特許文献1には、入力ディスクと出力ディスクとで挟持された複数のボール(転動部材)を有し、そのボールの傾転角を調整して変速比を変える無段変速機構と、この無段変速機構の出力軸に回転要素の1つが係合する遊星歯車機構と、を備えた無段変速機が開示されている。また、下記の特許文献2には、ベルト式の無段変速機構と遊星歯車機構とを有する無段変速機において、その遊星歯車機構のサンギヤに無段変速機構の出力を伝達させると共に、リングギヤに原動機の出力を伝達させ、そのリングギヤとサンギヤとを同一方向に回転させることによって、遊星歯車機構に入力される動力の循環を回避させる(つまり遊星歯車機構を差動動作させない)技術が開示されている。また、下記の特許文献3には、トロイダル式の無段変速機構と遊星歯車機構とを有する無段変速機において、その遊星歯車機構のサンギヤ又はリングギヤに無段変速機構の出力を伝達させると共に、ピニオンギヤのキャリアにエンジンの出力を伝達させ、変速比の幅を広く取ることのできる技術が開示されている。また、下記の特許文献4には、トロイダル式の無段変速機構と差動ユニットとを有する無段変速機において、その無段変速機構の入力側ディスクが差動ユニットの第1入力部と共に回転可能であり、且つ、無段変速機構の出力側ディスクが差動ユニットの第2入力部に接続されたものが開示されている。この特許文献4の無段変速機においては、センサで検出した入力側ディスク及び出力側ディスクの夫々の回転速度と差動ユニットの変速比とに基づいて出力軸の回転速度を求め、その出力軸の回転速度が0となるように無段変速機構の変速比を調整している。また、下記の特許文献5には、トロイダル式の無段変速機構と遊星歯車機構とを有する無段変速機において、変速比の変化量に影響を及ぼす状態量(エンジンからの入力トルク、車速、油温等)に応じて目標変速比からのずれ量を補正する技術が開示されている。この特許文献5の無段変速機においては、その制御の際に、その変速比の変化量と状態量との関係を実験で求め、これに基づき予め用意したマップ(設計上の変速比を補正したマップ)を利用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特表2006−519349号公報
【特許文献2】特開2001−050368号公報
【特許文献3】特開平11−303969号公報
【特許文献4】特開2005−133777号公報
【特許文献5】特開2006−348988号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、無段変速機構においては、転がり面でのトルク伝達を可能にする為に通常のATF(Automatic Transmission Fluid)よりもトラクション係数の高い所謂トラクションフルードが使われる。しかしながら、そのトラクションフルードは、遊星歯車機構(差動機構)の潤滑油として用いると、その歯面間で駆動損失を増大させてしまう。
【0005】
そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、無段変速機構と差動機構とを有する無段変速機の駆動制御装置において、差動機構の駆動損失の増大を抑えることが可能なものを提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成する為、本発明は、変速比を無段階に変化させる無段変速機構と複数の回転要素を有する差動機構とが入力部と出力部との間に配設された無段変速機の駆動制御装置において、前記無段変速機構の各出力部材を同じ回転数に制御可能であることを特徴としている。ここで、前記無段変速機構は、複数の出力部材の間の回転数の比を無段階に変化させるものであり、且つ、前記差動機構は、前記出力部材に対して前記回転要素を当該出力部材毎に1対1の関係で係合させたものである。
【0007】
ここで、前記差動機構における各回転要素間の回転差を所定の範囲内に収めるよう前記出力部材間の回転数の比を制御することが望ましい。
【0008】
また、前記差動機構の回転差が0を含む所定の範囲内に収まるよう前記出力部材間の回転数の比を制御することが望ましい。
【0009】
また、前記無段変速機構は、前記入力部に接続された入力部材と、該入力部材の回転に伴い転動する転動部材と、該転動部材を挟持する2つの前記出力部材と、を備え、前記入力部材と前記転動部材と前記各出力部材との間に発生させた摩擦力によって当該入力部材のトルクを当該夫々の出力部材に伝達させ、且つ、前記夫々の出力部材の間の回転数の比を前記転動部材の傾転角に応じて無段階に変化させるものであることが望ましい。
【0010】
また、前記出力部材間の回転数の比の制御は、該各出力部材のクリープ量と当該各出力部材の間に配置されてその間の回転数の比を無段階に変化させる転動部材の傾転角との関係を記したマップを用いて行うことが望ましい。
【0011】
また、前記出力部材間の回転数の比の制御は、該各出力部材の夫々の回転数を検出して行うことが望ましい。
【0012】
また、前記無段変速機構が前記出力部材を2つ備える場合、該出力部材間の回転数の比の制御は、該各出力部材の内の何れか1つの回転数と、該各出力部材と係合関係にない前記差動機構における回転要素の回転数と、を検出して行うことが望ましい。
【発明の効果】
【0013】
本発明に係る駆動制御装置は、無段変速機構の夫々の出力部材を同じ回転数に制御可能であるので、これらと係合関係にある差動機構の回転要素も各々に同じ回転数で回転可能である。同じ回転数に制御した場合、その差動機構においては、その回転要素間の差動動作が抑制されるので、駆動損失の増大を抑えることができる。従って、無段変速機においては、その入出力間のトルクの伝達効率の低下が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】図1は、制御対象となる実施例1の無段変速機の構成の一例を示す概念図である。
【図2】図2は、図1の無段変速機の共線図である。
【図3】図3は、制御対象となる実施例1の無段変速機の他の構成例を示す概念図である。
【図4】図4は、図3の無段変速機の共線図である。
【図5】図5は、制御対象となる実施例1の無段変速機の他の構成例を示す概念図である。
【図6】図6は、図5の無段変速機の共線図である。
【図7】図7は、実施例2の無段変速機の共線図である。
【図8】図8は、制御対象となる実施例2の無段変速機の構成の一例を示す概念図である。
【図9】図9は、図8の無段変速機の制御動作を示すフローチャートである。
【図10】図10は、制御対象となる実施例2の無段変速機の他の構成例を示す概念図である。
【図11】図11は、実施例2の無段変速機の制御動作の変形例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本発明に係る駆動制御装置は、回転要素としての入力部材及び複数の出力部材を有し、その夫々の出力部材の間の回転数の比を無段階に変化させる無段変速機構と、その出力部材に係合された回転要素を当該出力部材毎に有する差動機構と、を備えた無段変速機を制御対象とする。ここで、その無段変速機構は、例えば複数の回転要素からなる所謂トラクション遊星ギヤ機構として構成されたものであり、入力部材と、この入力部材の回転に伴い転動する転動部材と、この転動部材を挟持する2つの出力部材と、を備え、その入力部材と転動部材と各出力部材との間に発生させた摩擦力によって当該入力部材のトルクを当該夫々の出力部材に伝達させ、且つ、その夫々の出力部材の間の回転数の比を転動部材の傾転角に応じて無段階に変化させるものである。一方、差動機構は、例えば所謂遊星ギヤ機構として構成されたものであり、複数の回転要素を具備している。駆動制御装置は、その無段変速機構の各出力部材を同じ回転数に制御し、これにより差動機構の差動動作(係合状態にある回転要素間の差動回転)を停止させて、差動機構の各回転要素の回転差を0にする。その際、差動機構の各回転要素は、無段変速機構の各出力部材と一体になって回転する。従って、この駆動制御装置は、差動機構の差動動作に伴う駆動損失を抑えることができる。以下に、本発明に係る駆動制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【0016】
[実施例1]
本発明に係る駆動制御装置の実施例1を図1から図6に基づいて説明する。
【0017】
最初に、本実施例1の駆動制御装置の制御対象となる無段変速機の一例について図1を用いて説明する。図1の符号100は、本実施例1の無段変速機を示す。この無段変速機100においては、トルクの入力部を成す入力軸101と出力部を成す出力軸102とが同軸上に配置されている。その入力軸101は、車両の駆動力源の出力側に接続される。その入力軸101と出力軸102は、図1に示す如く、共通の回転軸Xを有する。以下においては、特に言及しない限り、その回転軸Xに沿う方向を軸線方向と云い、その回転軸X周りの方向を周方向と云う。また、その回転軸Xに直交する方向を径方向と云い、その中でも、内方に向けた側を径方向内側と、外方に向けた側を径方向外側と云う。
【0018】
この無段変速機100は、変速部を成す無段変速機構10と、この無段変速機構10を変速動作させるシフト機構20と、出力軸102と共に出力部を成す差動機構30と、を有する。
【0019】
先ず、本実施例1の無段変速機構10について詳述する。
【0020】
この無段変速機構10は、入力部材としてのサンローラ11と、転動部材としての複数の遊星ボール12と、出力部材としての第1及び第2のアウトプットディスク13,14と、を備え、これらによってトラクション遊星ギヤ機構を成す。
【0021】
そのサンローラ11は、回転軸Xを中心軸とした回転が可能な例えば円筒状の回転体であり、入力軸101の回転に連動して回転する。このサンローラ11は、入力軸101と一体になって同一回転数で回転するよう構成されたものでもよく、その入力軸101との間に他部品が介在して異なる回転数で回転するよう構成されたものでもよい。このサンローラ11においては、その外周面が遊星ボール12へのトルク伝達面となる。このサンローラ11は、その外周面と遊星ボール12の外周曲面との間に発生させた摩擦力によって、夫々の遊星ボール12にトルクを伝える。
【0022】
その夫々の遊星ボール12は、サンローラ11の外周面に回転軸Xを中心にして放射状に略等間隔で配置する。この遊星ボール12は、転動体であり、トラクション遊星ギヤ機構におけるボール型ピニオンに相当する。この遊星ボール12は、完全な球状体であることが好ましいが、例えばラグビーボールの様な断面が楕円形状のものであってもよい。
【0023】
この遊星ボール12は、その中心を通って貫通させた支持軸12aによって回転自在に支持する。例えば、遊星ボール12は、支持軸12aの外周面との間に配設した軸受(図示略)によって、支持軸12aに対する相対回転(つまり自転)ができるようにしている。従って、この遊星ボール12は、支持軸12aを中心にしてサンローラ11の外周面上を転動することができる。
【0024】
この支持軸12aは、その中心軸が回転軸Xを含む平面上に来るよう配設する。この支持軸12aの基準となる位置は、図1に実線で示すように、その中心軸が回転軸Xと平行になる位置である。この支持軸12aは、その基準位置とそこから傾斜させた位置との間を揺動(傾転)させることができる。その傾転は、支持軸12aの中心軸と回転軸Xとを含む平面内で行われる。この傾転動作は、遊星ボール12の外周曲面から突出させた支持軸12aの両端部に取り付けたシフト機構20によって行う。
【0025】
シフト機構20は、その支持軸12aの両端部に夫々取り付けた傾転用アーム21と、この傾転用アーム21を動かす押動部材22と、を備える。
【0026】
その傾転用アーム21は、支持軸12aと遊星ボール12に傾転力を作用させ、その遊星ボール12の回転中心軸、即ち支持軸12aの中心軸を傾斜させる為の部材である。1本の支持軸12aと1個の遊星ボール12には、一対の傾転用アーム21が用意される。例えば、この傾転用アーム21は、回転軸Xに対して垂直方向へと延ばした形に成形及び配設する。そして、この傾転用アーム21は、その径方向外側の端部側を支持軸12aの端部に夫々取り付ける。一対の傾転用アーム21は、一方が径方向外側に移動し、他方が径方向内側に移動することで、支持軸12aと遊星ボール12に傾転力を作用させる。この傾転用アーム21は、キャリア15の円板部に形成した溝に動作可能な状態で収めて保持される。その溝は、傾転用アーム21の本数と位置に合わせ、回転軸Xを中心にして放射状に形成される。尚、この傾転用アーム21は、入力軸101に対しての軸線方向への相対移動と周方向への相対回転をさせぬように配設する。
【0027】
その傾転力は、押動部材22を軸線方向に移動させ、この押動部材22の押動力を傾転用アーム21の径方向内側部分に加えることで発生させる。例えば、支持軸12aを支持する一対の傾転用アーム21の径方向内側の先端部は、その軸線方向にて夫々に対向する壁面が径方向内側に向けて先細り形状になっている。また、押動部材22においては、その軸線方向の両端部の夫々の壁面が各傾転用アーム21の先細り面との接触面となり、その接触面が径方向外側に向けた先細り形状になっている。これにより、傾転用アーム21は、押動部材22の押動力が加わった際に径方向外側へと押し上げられるので、支持軸12aを傾斜させ、これに連動して遊星ボール12を傾転させる。その遊星ボール12の傾転角φは、図1の基準位置を0度とする。
【0028】
このシフト機構20には、その押動部材22を動作させる可動部及び係合部(図示略)が設けられている。その可動部は、軸線方向へと往復移動できるものである。一方、係合部は、押動部材22に係合されたものであり、その可動部と一体になって往復移動する。このシフト機構20においては、その可動部を動作させることで係合部も軸線方向に移動させ、これにより押動部材22を軸線方向に押し動かす。ここで、このシフト機構20は、電動モータ等の電動アクチュエータや油圧アクチュエータなどを可動部の駆動源(図示略)として備えている。その駆動源は、その動作が駆動制御装置1によって制御される。
【0029】
この無段変速機構10には、遊星ボール12と支持軸12aと傾転用アーム21をサンローラ11入力軸101に対して軸線方向に相対移動させぬよう保持するキャリア15が設けられている。そのキャリア15は、回転軸Xを中心軸とする一対の円板部を有している。その夫々の円板部は、遊星ボール12、支持軸12a及び傾転用アーム21等を軸線方向にて挟む位置に配設し、これらをサンローラ11や入力軸101に対して軸線方向へと相対移動させぬように保持する。また、この夫々の円板部は、入力軸101に対する周方向への相対回転をさせぬように配設する。
【0030】
第1及び第2のアウトプットディスク13,14は、夫々の遊星ボール12との間で機械的動力、換言するならばトルクを相互に伝達させ得るものである。第1及び第2のアウトプットディスク13,14は、回転軸Xを中心軸とする円環状に成形し、軸線方向で対向させて各遊星ボール12を挟み込むように配設する。この第1及び第2のアウトプットディスク13,14は、入力軸101に対して相対回転する。
【0031】
この第1及び第2のアウトプットディスク13,14は、各遊星ボール12の径方向外側の外周曲面と接触する接触面を有している。その夫々の接触面は、遊星ボール12の外周曲面の曲率と同等の曲率の凹円弧面を成しており、回転軸Xから各遊星ボール12との接触部分までの距離Rdが同じ長さになるように形成している。これが為、ここでは、第1及び第2のアウトプットディスク13,14の各遊星ボール12に対する夫々の接触角θが同じ角度になっている。その接触角θとは、基準から各遊星ボール12との接触部分までの角度のことである。ここでは、径方向を基準にしている。その夫々の接触面は、遊星ボール12の外周曲面に対して点接触又は線接触している。尚、その線接触における接触線の向きは、上述した遊星ボール12の傾転時の平面に対する直交方向である。また、夫々の接触面は、第1及び第2のアウトプットディスク13,14に対して遊星ボール12に向けた軸線方向の力を加えた際に、その遊星ボール12に対して径方向内側で且つ斜め方向の力が加わるように形成されている。
【0032】
この無段変速機構10においては、夫々の遊星ボール12の傾転角φが0度のときに、第1アウトプットディスク13と第2アウトプットディスク14とが同一回転数(同一回転角速度)で回転する。一方、夫々の遊星ボール12を基準位置から傾転させた際には、支持軸12aの中心軸から第1及び第2のアウトプットディスク13,14との接触部分までの夫々の距離が変化するので、第1又は第2のアウトプットディスク13,14の内の何れか一方が基準位置のときよりも高速で回転し、他方が低速で回転するようになる。例えば第1アウトプットディスク13は、遊星ボール12を一方へと傾転させたときに第2アウトプットディスク14よりも低回転になる。ここでは、図1における上側の遊星ボール12を紙面時計回り方向に傾転させ且つ下側の遊星ボール12を紙面反時計回り方向に傾転させる。また、遊星ボール12を他方へと傾転させたときには、第1アウトプットディスク13が第2アウトプットディスク14よりも高回転になる。ここでは、図1における上側の遊星ボール12を紙面反時計回り方向に傾転させ且つ下側の遊星ボール12を紙面時計回り方向に傾転させる。従って、この無段変速機構10においては、その傾転角φを変えることによって、第1アウトプットディスク13と第2アウトプットディスク14との間の回転数(回転角速度)の比を無段階に変化させることができる。
【0033】
この無段変速機構10には、第1又は第2のアウトプットディスク13,14の内の少なくとも何れか一方を各遊星ボール12に押し付けて、第1及び第2のアウトプットディスク13,14と各遊星ボール12との間に挟圧力を発生させる押圧部(図示略)が設けられている。例えば、その押圧部は、電動アクチュエータや油圧アクチュエータ等の駆動源であってもよく、配設対象の第1又は第2のアウトプットディスク13,14の回転に伴い軸線方向の力を発生させるトルクカム等の機構であってもよい。この無段変速機構10においては、その押圧部を動作させることで、第1及び第2のアウトプットディスク13,14と各遊星ボール12との間に挟圧力が生じ、その間に摩擦力が発生する。これが為、この無段変速機構10では、その夫々の遊星ボール12の自転による回転トルクが第1及び第2のアウトプットディスク13,14に伝わり、その第1及び第2のアウトプットディスク13,14を回転させることができる。その際、押圧部による挟圧力は、各遊星ボール12をサンローラ11に押し付ける押圧力も発生させる。従って、この無段変速機構10においては、その各遊星ボール12とサンローラ11との間にも摩擦力が発生するので、サンローラ11の回転トルク(入力)を各遊星ボール12に伝え、夫々の遊星ボール12を自転させることができる。
【0034】
差動機構30は、係合状態にある相互間での差動動作(差動回転)が可能な複数の回転要素を備えている。例えば、この差動機構30は、共通の回転軸Xを有する第1回転要素と第2回転要素の間に回転軸の異なる第3回転要素を双方に係合させて配置した遊星ギヤ機構として構成する。上述した第1及び第2のアウトプットディスク13,14は、差動機構30における夫々の回転要素の内の何れかに係合させる。その接続対象となる回転要素は、第1アウトプットディスク13と第2アウトプットディスク14とで異なるものを選択する。
【0035】
具体的に、この差動機構30は、回転要素として、回転軸Xを中心軸とする円筒部の内周面に歯面が形成されたリングギヤ31と、回転軸Xを中心軸とする円筒部の外周面に歯面が形成されたサンギヤ32と、そのリングギヤ31とサンギヤ32の歯面間に配設されて夫々に噛み合う複数の遊星ギヤ33と、を有する。夫々の遊星ギヤ33は、遊星ギヤキャリア34によって連結されている。そして、その遊星ギヤキャリア34には、出力軸102が一体になって回転するよう連結されている。
【0036】
本実施例1においては、そのリングギヤ31と第2アウトプットディスク14とを互いに一体になって回転するよう連結すると共に、サンギヤ32と第1アウトプットディスク13とを互いに一体になって回転するよう連結する。
【0037】
この無段変速機100においては、夫々の遊星ボール12が基準位置(傾転角φが0度)のときに、第1アウトプットディスク13(Dout1)と第2アウトプットディスク14(Dout2)とが同一回転数で回転するので、各遊星ギヤ33が自転せず、差動機構30の夫々の回転要素が一体になって回転する。この等速時の状態について図2の共線図に示している。
【0038】
これに対して、各遊星ボール12が基準位置に対して傾転したときには、第1アウトプットディスク13と第2アウトプットディスク14の回転差によって、各遊星ギヤ33が自転し、出力軸102の回転を増速又は減速させる。この増速時又は減速時の状態についても図2の共線図に示している。例えば、遊星ボール12を図1の紙面時計回り方向に傾転させたときには、リングギヤ31の方がサンギヤ32よりも高回転になり、出力軸102の回転を基準位置のときよりも増速させることができる。一方、遊星ボール12を図1の紙面反時計回り方向に傾転させたときには、リングギヤ31の方がサンギヤ32よりも低回転になり、出力軸102の回転を基準位置のときよりも減速させることができる。
【0039】
この無段変速機100においては、図2の共線図に示すように、無段変速機構10における変速比γcvpの幅よりも無段変速機100における変速比γfの幅の方が狭くなる。その無段変速機構10における変速比γcvpとは、サンローラ11(入力軸101)と第1及び第2のアウトプットディスク13,14との間における無段変速機構10単体の変速比のことである。一方、無段変速機100における変速比γfとは、サンローラ11(入力軸101)と出力軸102との間における最終的な変速比のことである。
【0040】
その無段変速機100の最終的な変速比γfは、下記の式1から導かれる。その式1において、「ρ」は、リングギヤ31の歯数Zrとサンギヤ32の歯数Zsの比である(ρ=Zs/Zr)。「Rs」は、回転軸Xを中心としたサンローラ11の半径である。
【0041】
【数1】

【0042】
ところで、この無段変速機100には、上述したように無段変速機構10と差動機構30とが設けられている。この種の無段変速機構10においては、夫々の回転要素の間の滑りを抑えつつ摩擦力による転がり面でのトルク伝達ができるように、変速機にて通常使われるATF等の作動油よりもトラクション係数の高いもの(所謂トラクションフルード等)を利用する。一方、差動機構30には、その潤滑にATF等の作動油が用いられる。これは、差動機構30にトラクションフルード等の作動油を用いると、ATF等の作動油を用いた場合と比べて、その歯面間で駆動損失が増大してしまうからである。従って、この無段変速機100において2種類の作動油を利用する為には、無段変速機構10と差動機構30とを別室に格納し、夫々の部屋の間の液密性も確保しなければならない。これが為、2種類の作動油を使ったときには、部品点数の増加や体格の肥大を招いてしまう。
【0043】
そこで、本実施例1においては、そのような別室の構造を採らず、また、トラクションフルード等の如き作動油を差動機構30の潤滑にも利用することにして、部品点数の増加や体格の肥大化を抑えると共に、差動機構30における駆動損失の増大も抑える。
【0044】
一方、これは、上述したように差動機構30における駆動損失を招来し、無段変速機100における入出力間のトルクの伝達効率を低下させる。ここで、その駆動損失は、差動機構30が差動動作を行い、夫々の回転要素に回転差が生じているとき、つまり遊星ギヤ33がリングギヤ31とサンギヤ32との間で自転しているときに生じる。これが為、本実施例1の無段変速機100は、必要最小限の状況下においてのみ変速させ、通常時には差動機構30を差動動作させないように構成する。具体的には、遊星ボール12を基準位置(つまり傾転角φを0度)に制御し、第1アウトプットディスク13と第2アウトプットディスク14とを同一回転数(同一回転角速度)で回転させるように駆動制御装置1を構成する。
【0045】
この構成の有用な適用例としては、次の様なものが考えられる。例えば、電動モータ(図示略)を駆動源として用いる車両において、その電動モータのモータトルクを入力軸101に入力させ、無段変速機100を経て駆動輪にトルクを伝達させる構成が考えられる。この場合、駆動制御装置1には、通常時は遊星ボール12の傾転角φを0度に制御させ、変速に相当するものを電動モータのモータトルクの調整によって実行させる。これにより、無段変速機100においては、差動機構30が差動動作を行わないので、夫々の回転要素における歯面間の駆動損失の抑制が図れ、入出力間のトルクの伝達効率の低下を抑えることができる。その際には、この無段変速機100が変速比γf=1となって変速機能を果たさないが、電動モータのモータトルクそのものを調整するので、所望の要求駆動力を車両に発生させることができる。
【0046】
そして、その駆動制御装置1には、出力軸102において大きな出力トルクや高回転が求められているとき、例えば大きな要求駆動力や最高速が必要とされているときに、遊星ボール12の傾転角φを必要な増速側の角度に制御して無段変速機100を変速させる。これにより、その際には、差動機構30が差動動作を行うので、無段変速機100の入出力間におけるトルクの伝達効率が通常時よりも低下するが、要求駆動力等を実現させることができる。ここで、そのときとは、換言するならば、モータトルクの調整のみでは要求駆動力等を実現できないときのことを云う。従って、上述した通常時とは、モータトルクの調整のみでは要求駆動力等を実現できるときのことを云う。また、この駆動制御装置1には、例えば大きな要求減速度が必要とされているときに、遊星ボール12の傾転角φを必要な減速側の角度に制御して無段変速機100を変速させる。そのときとは、換言するならば、モータトルクの調整のみでは要求減速度を実現できないときのことを云う。これにより、その際には、差動機構30が差動動作を行うので、無段変速機100の入出力間におけるトルクの伝達効率が通常時よりも低下するが、要求減速度を実現させることができる。
【0047】
以上示したように、本実施例1の駆動制御装置1は、その無段変速機100の変速時期の制御によって、部品点数の増加や体格の肥大化を抑えた無段変速機100の構造を採ることが可能になり、そのコストを低減させることができる。更に、この駆動制御装置1は、無段変速機100の入出力間におけるトルクの伝達効率を良好なものとし、その伝達効率の低下を必要最小限に抑えることができる。従って、先に例示した車両においては、モータトルクを効率良く駆動輪に伝えることができ、駆動源における無駄なエネルギの消費を抑制することができる。また、更に内燃機関等のエンジンも駆動源として有する車両においては、そのエンジンの燃費を向上させることもできる。
【0048】
この駆動制御装置1による変速時期の制御は、上述した無段変速機100の他にも以下に示すような構成のものにも適用可能であり、その無段変速機100のときと同様の効果を得ることができる。
【0049】
例えば、その一例としては、図3に示す無段変速機110が考えられる。この無段変速機110は、無段変速機100に対して無段変速機構10と差動機構30との接続形態及び差動機構30と出力軸102との接続形態を変えたものである。この無段変速機110においては、第2アウトプットディスク14と遊星ギヤキャリア34とを一体になって回転するよう連結し、且つ、リングギヤ31と出力軸102とを一体になって回転するよう連結している。この無段変速機110に依れば、無段変速機100よりも最終的な変速比γfの幅を大きく取ることができる。その最終的な変速比γfの幅は、図4の共線図に示すように、無段変速機構10における変速比γcvpの幅よりも広くなっている。ここで、この無段変速機110の最終的な変速比γfは、下記の式2から導くことができる。
【0050】
【数2】

【0051】
また、図5に示す無段変速機120であってもよい。この無段変速機120においては、第1アウトプットディスク13と遊星ギヤキャリア34とを一体になって回転するよう連結し、且つ、第2アウトプットディスク14とリングギヤ31とを一体になって回転するよう連結し、更に、サンギヤ32と出力軸102とを一体になって回転するよう連結している。この無段変速機120に依れば、無段変速機110よりも最終的な変速比γfの幅を更に大きく取ることができる。その最終的な変速比γfの幅は、図6の共線図に示すように、無段変速機構10における変速比γcvpの幅よりも大幅に広くなっている。ここで、この無段変速機120の最終的な変速比γfは、下記の式3から導くことができる。
【0052】
【数3】

【0053】
[実施例2]
次に、本発明に係る駆動制御装置の実施例2を図7から図11に基づいて説明する。
【0054】
前述した実施例1の駆動制御装置1においては、無段変速機100,110,120の入出力間におけるトルクの伝達効率を良好なものとする為に、通常時に遊星ボール12の傾転角φを0度に制御し、第1アウトプットディスク13と第2アウトプットディスク14とを同一回転数で回転させることで、差動機構30の差動動作を禁止させている。しかしながら、実際の使用状況下においては、無段変速機100(110,120)に負荷が加わり(有負荷時)、遊星ボール12の傾転角φを0度に制御したとしても、第1アウトプットディスク13と第2アウトプットディスク14とを同一回転数で回転させることが難しい場合がある。何故ならば、有負荷時には、第1及び第2のアウトプットディスク13,14と夫々の遊星ボール12との間に微小な滑り(所謂クリープ)が発生しており、その滑り量(クリープ量)が第1アウトプットディスク13と第2アウトプットディスク14との間で異なる場合があるからである。その滑り量に違いが生じる理由は、第1アウトプットディスク13と第2アウトプットディスク14のトルク分担の割合が均一で無いことにある。その割合は、第1及び第2のアウトプットディスク13,14の係合対象となる差動機構30の回転要素が何であるのか、そして、その差動機構30のギヤ比がいくつなのかによって変わる。従って、無段変速機100(110,120)の構造如何では、遊星ボール12の傾転角φを0度に制御するだけで、第1アウトプットディスク13と第2アウトプットディスク14の夫々の回転数を均一にすることができない可能性がある。
【0055】
その実際の使用状況下について、図7の共線図に示している。理想的な状態である無負荷時であれば、第1アウトプットディスク13(Dout1)と第2アウトプットディスク14(Dout2)においてクリープが殆ど発生しないので、その夫々の回転数が同一となり、差動機構30におけるリングギヤ31やサンギヤ32等の夫々の回転要素の間に回転差が生まれず、これらが一体となって回転する(一点鎖線)。または、第1アウトプットディスク13と第2アウトプットディスク14の回転差が極僅かなので、差動機構30での差動動作が抑えられており、喩え差動動作が生じたとしても微々たるものであり、無視し得る程度の駆動損失でしかない。
【0056】
しかしながら、有負荷時の第1アウトプットディスク13と第2アウトプットディスク14は、各々のクリープによって異なる低下代で回転数が低下し、別々の回転数で回転することがある。この為、差動機構30は、差動動作を始めてしまうことになる(破線)。
【0057】
ここで、有負荷時の無段変速機100の差動機構30においては、遊星ギヤキャリア34(出力軸102)の出力トルクを「1+ρ」とすると、リングギヤ31のトルクが「1」、サンギヤ32のトルクが「ρ」になる。尚、「ρ」とは、前述したリングギヤ31の歯数Zrとサンギヤ32の歯数Zsの比のことである。一般的に自動車の変速機に用いられるρの値は0.3〜0.6程度なので、リングギヤ31とサンギヤ32は、各々異なる大きさのトルクを受け持つことになる。故に、この無段変速機100においては、夫々の回転要素の接触部材に対する大幅な滑り(所謂グロススリップ)を抑制する為に、第1及び第2のアウトプットディスク13,14と各遊星ボール12との間に発生させる挟圧力をトルク分担の割合が多い方に合わせて設定される。この無段変速機100の場合には、サンギヤ32と係合関係にある第1アウトプットディスク13の挟圧力が過剰になるので、その第1アウトプットディスク13のクリープ量がリングギヤ31と係合関係にある第2アウトプットディスク14よりも少なくなる。その結果、図7の共線図に破線で示すように、差動機構30においては、リングギヤ31とサンギヤ32の間に回転差が生まれてしまい、遊星ギヤ33との間で駆動損失が発生する。
【0058】
そこで、本実施例2においては、第1アウトプットディスク13と第2アウトプットディスク14の回転数(回転角速度)の差が許容範囲内に収まるように制御し、その結果、差動機構30の各回転要素の回転差についても許容範囲内に収まるようにする。具体的には、遊星ボール12の傾転角φを調整することによって、第1アウトプットディスク13と第2アウトプットディスク14の回転数(回転角速度)の比をトルク伝達効率の低下を抑え得る大きさに制御する。その為に、本実施例2の駆動制御装置1には、第1アウトプットディスク13と第2アウトプットディスク14の夫々の回転数(回転角速度)を検出又は推定させる。
【0059】
例えば、本実施例2の無段変速機130には、図8に示す如く、第1アウトプットディスク13の回転情報の検出が可能な第1回転情報検出部41と、第2アウトプットディスク14の回転情報の検出が可能な第2回転情報検出部42と、を設ける。この無段変速機130は、実施例1における図1の無段変速機100に対してその第1及び第2の回転情報検出部41,42を設けたものである。その第1及び第2の回転情報検出部41,42の検出する回転情報とは、第1及び第2のアウトプットディスク13,14の回転数(回転角速度)を知得する為の情報のことであり、例えば第1及び第2のアウトプットディスク13,14の回転角度又は回転角速度、その第1及び第2のアウトプットディスク13,14と係合関係にあるサンギヤ32及びリングギヤ31の回転角度又は回転角速度のことを云う。
【0060】
本実施例2の駆動制御装置1には、その第1アウトプットディスク13と第2アウトプットディスク14の回転数(回転角速度)の差が所定値以下ならば、遊星ボール12の傾転角φを現状のまま維持させ、その差が所定値よりも大きくなっていれば、その差が所定値以下となるように遊星ボール12の傾転角φを調整させる。その差が所定値以下になっているとは、その差がトルク伝達効率の点で許容範囲内に収まっていることを云う。従って、その所定値には、例えば、無段変速機130のトルク伝達効率を低下させずに済むときの回転数(回転角速度)の差、そして、その低下が許容し得る範囲内となるときの回転数(回転角速度)の差の中でも最も大きな差を設定すればよい。以下、その制御動作について図9のフローチャートを用いて説明する。
【0061】
駆動制御装置1は、無段変速機130の変速比制御情報を取得する(ステップST1)。その変速比制御情報とは、無段変速機130の変速比を制御する為の情報のことであり、例えば車速や要求駆動力、作動油の油温等が該当する。駆動制御装置1は、その変速比制御情報に基づいて無段変速機130の変速比の要求値を設定し、その要求変速比となるように無段変速機130の制御を行う。
【0062】
駆動制御装置1は、その変速比制御情報を利用して、無段変速機130の変速比が現在の変速比のまま固定されるのか、それとも変更されるのかを判断する(ステップST2)。ここで、変速比が変更されると判断した場合、駆動制御装置1は、この制御動作を終わらせる。
【0063】
このステップST2で変速比が固定されると判断した場合、駆動制御装置1は、第1及び第2の回転情報検出部41,42の検出信号に基づいて、第1及び第2のアウトプットディスク13,14の夫々の回転数(又は回転角速度)の情報を取得する(ステップST3)。そして、この駆動制御装置1は、その第1アウトプットディスク13と第2アウトプットディスク14の回転数(回転角速度)の差ΔNが上記の所定値N0以内にあるのか否かを判定する(ステップST4)。
【0064】
この駆動制御装置1は、その差ΔNが所定値N0以内にあるならば、上記ステップST1に戻って本制御動作を繰り返す。このときに本制御動作を繰り返す理由は、第1アウトプットディスク13と第2アウトプットディスク14の回転数(回転角速度)に差が生まれる根拠が主に無段変速機130の構造にあるとしても、その差ΔNが必ずしも常に同じ大きさになるわけではないからである。例えば、その差ΔNは、第1及び第2のアウトプットディスク13,14の夫々のクリープ量の大きさに依存しており、入力軸101又は出力軸102における負荷の大きさや負荷の変動次第で変わってしまう可能性がある。従って、このような繰り返し動作を行うことで、本制御の精度を高めることができる。
【0065】
このステップST4で差ΔNが所定値N0よりも大きくなっていると判定した場合、駆動制御装置1は、その差ΔNの大きさに応じて各遊星ボール12の傾転角φを制御する(ステップST5)。その遊星ボール12の傾転角φの調整量(目標傾転角)は、その差ΔNを少なくとも所定値以内に収めることのできる大きさに設定すればよく、できる限りその差ΔNが0となるような値に設定することが望ましい。その差ΔNと傾転角φの調整量との関係は、予めマップとして用意しておけばよい。
【0066】
これにより、無段変速機130においては、第1アウトプットディスク13と第2アウトプットディスク14の回転数(回転角速度)の差ΔNが縮小されて、差動機構30の差動動作が抑制されて、その差動機構30の各回転要素間の回転差が0を含む許容範囲内に収まる。例えば、この傾転角変更制御よって、第1アウトプットディスク13と第2アウトプットディスク14の夫々の回転数は、図7の共線図に示すように、クリープによる回転低下代を考慮しなければ別々の回転数となるが、その回転低下代を考慮に入れることによって同一の回転数となる。これが為、この夫々の回転数の補正後には、差動機構30が差動動作を行わなくなる。従って、この無段変速機130は、その入出力間のトルクの伝達効率の低下が構造等の諸条件に関係なく適切に抑えられるようになる。尚、第1及び第2のアウトプットディスク13,14における夫々のクリープによる回転低下代は、遊星ボール12の傾転角φが変更されようとされまいと殆ど変わらない。
【0067】
駆動制御装置1は、この傾転角変更制御を行った後、ステップST4で肯定判定されたときの同様の理由から、上記ステップST1に戻って本制御動作を繰り返す。
【0068】
以上示したように、本実施例2の駆動制御装置1は、実施例1と同様の効果を得られるだけでなく、実際の使用状況に合わせた良好なトルクの伝達効率を得ることができ、これに伴い、エネルギの抑制効果や燃費の向上効果を高めることができる。
【0069】
ここで、図3の無段変速機110や図5の無段変速機120においても、これと同様の2つの回転情報検出部の検出信号を利用した構成を採ってよい。これによっても、先の例示と同様の効果を得ることができる。
【0070】
ところで、この例示においては、第1アウトプットディスク13と第2アウトプットディスク14の双方に、又はその各々と係合関係にある差動機構30の2つの回転要素に、回転情報検出部(第1回転情報検出部41と第2回転情報検出部42)を設けている。ここで、一般的な車両においては、車速を検出する為に、変速機の出力軸(この例示では出力軸102)やこれよりも下流の駆動輪側のトルク伝達部材に回転情報検出部が設けられている。また、制動装置のABS制御を行う為に、車軸等にその回転情報の検出が可能な回転情報検出部を設けている。その車速検出等に利用される回転情報検出部の回転情報からは、その検出対象と第1アウトプットディスク13又はこれと係合関係にある差動機構30の回転要素(サンギヤ32)との間のギヤ比を用いることで、その第1アウトプットディスク13又はこれと係合関係にある差動機構30の回転要素における回転情報を得ることができる。これと同様に、第2アウトプットディスク14又はこれと係合関係にある差動機構30の回転要素(リングギヤ31)における回転情報も得ることができる。
【0071】
そこで、この駆動制御装置1は、第1又は第2のアウトプットディスク13,14の内の一方の回転情報を対象の回転情報検出部(第1回転情報検出部41又は第2回転情報検出部42)から得ると共に、他方の回転情報を車速検出等の為の回転情報検出部に基づき得るように構成してもよい。つまり、回転情報検出部としては、第1回転情報検出部41又は第2回転情報検出部42の内の何れか1つと、第1及び第2のアウトプットディスク13,14と係合関係にない差動機構30の回転要素の回転情報検出部と、を利用する。
【0072】
例えば、その構成の一例を図10に示す。この図10の無段変速機140は、上述した図1の無段変速機100に対して第2回転情報検出部42を設けたものであり、換言するならば、図8の無段変速機130から第1回転情報検出部41を取り除いたものである。ここでは、出力軸102の回転情報の検出が可能な既存の回転情報検出部103を利用する。駆動制御装置1は、その第2回転情報検出部42から第2アウトプットディスク14の回転情報を得る。また、駆動制御装置1は、回転情報検出部103の回転情報と差動機構30のギヤ比とに基づいて第1アウトプットディスク13の回転情報を求める。この駆動制御装置1は、このようにして上記ステップST3における第1及び第2のアウトプットディスク13,14の各々の回転数(回転角速度)の取得工程を実行する。
【0073】
ここでは、このような構成を採ることによって回転情報検出部(第1回転情報検出部41又は第2回転情報検出部42)を1つ減らすことができるので、この駆動制御装置1は、コストを抑えて上述した効果を得ることができるようになる。これと同様の構成は、図3の無段変速機110や図5の無段変速機120において採用してもよく、同様の効果を得ることができる。
【0074】
また、これらの例示においては、少なくとも第1又は第2のアウトプットディスク13,14の内の一方の回転情報を得る為の回転情報検出部(第1回転情報検出部41又は第2回転情報検出部42)を用意しなければならない。そこで、遊星ボール12の傾転角φの調整量(目標傾転角)を導き出す為のマップを予め用意しておき、駆動制御装置1は、その新たな回転情報検出部を用いずに傾転角変更制御が実行できるよう構成してもよい。
【0075】
ここで、その傾転角φの調整量(目標傾転角)は、第1アウトプットディスク13と第2アウトプットディスク14の回転数(回転角速度)の差ΔN、更に、差動機構30の差動状態(図1の無段変速機100の場合にはリングギヤ31とサンギヤ32の回転差)との間に相関関係を持つ。そして、その差ΔNや差動機構30の差動状態については、第1及び第2のアウトプットディスク13,14の夫々のクリープ量の大きさに依存する。これが為、傾転角φは、その夫々のクリープ量との間に相関関係を有している。従って、マップは、夫々のクリープ量と傾転角φとの対応関係を実験やシミュレーションにより求め、その結果に基づき作成すればよい。この場合には、その夫々のクリープ量を推定し、その推定結果をマップに照らし合わせて傾転角φの調整量(目標傾転角)を求める。
【0076】
このように、マップは、夫々のクリープ量と遊星ボール12の傾転角φの条件を様々に変えたものとしてもよいが、そのクリープ量を推定する為の情報(以下、「クリープ量推定情報」という。)をパラメータとしたものでもよい。夫々のクリープ量は、作動油の油温や要求駆動力、車速等、つまり変速比制御情報に応じて変化する。これが為、クリープ量推定情報には、変速比制御情報を用いればよい。尚、変速比制御情報の一部の情報のみがクリープ量推定情報に該当する場合には、その一部の情報をクリープ量推定情報として利用する。このマップは、その変速比制御情報と傾転角φの条件を様々に変えたものとして作成する。この場合には、変速比制御情報から必要とする傾転角φの調整量(目標傾転角)を直接求めることができる。また、マップは、変速比制御情報と上記の差ΔNの条件を様々に変えたものとして作成してもよい。この場合には、変速比制御情報から現在の差ΔNが判るので、その差ΔNに応じた必要とする傾転角φの調整量(目標傾転角)を求める。また、マップは、変速比制御情報と差動機構30の差動状態(リングギヤ31とサンギヤ32の回転差)の条件を様々に変えたものとして作成してもよい。この場合には、変速比制御情報から現在の差動状態(回転差)が判るので、その差動状態に応じた必要とする傾転角φの調整量(目標傾転角)を求める。
【0077】
図1の無段変速機100の場合、駆動制御装置1は、図11のフローチャートに示す如く、その変速比制御情報を取得して(ステップST11)、その変速比が現在の変速比のまま固定されるのか否かを判断する(ステップST12)。変速比が変更されると判断した場合には、この制御動作を終わらせる。
【0078】
一方、このステップST12で変速比が固定されると判断した場合、駆動制御装置1は、変速比制御情報と上記の何れかのマップに基づいて傾転角φの調整量(目標傾転角)を取得する(ステップST13)。そして、この駆動制御装置1は、その傾転角φの調整量(目標傾転角)に基づいて各遊星ボール12の傾転角φを制御する(ステップST14)。
【0079】
ここでは、このような構成を採ることによって回転情報検出部(第1回転情報検出部41と第2回転情報検出部42)を無くすことができるので、この駆動制御装置1は、よりコストを抑えて上述した効果を得ることができるようになる。これと同様の構成は、図3の無段変速機110や図5の無段変速機120において採用してもよく、同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【0080】
以上のように、本発明に係る駆動制御装置は、駆動損失の増大を抑制させる技術として有用である。
【符号の説明】
【0081】
1 駆動制御装置
10 無段変速機構
11 サンローラ
12 遊星ボール
13 第1アウトプットディスク
14 第2アウトプットディスク
30 差動機構
31 リングギヤ
32 サンギヤ
33 遊星ギヤ
34 遊星ギヤキャリア
41 第1回転情報検出部
42 第2回転情報検出部
100,110,120,130,140 無段変速機
102 出力軸
103 回転情報検出部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
変速比を無段階に変化させる無段変速機構と複数の回転要素を有する差動機構とが入力部と出力部との間に配設された無段変速機の駆動制御装置において、
前記無段変速機構は、複数の出力部材の間の回転数の比を無段階に変化させるものであり、且つ、前記差動機構は、前記出力部材に対して前記回転要素を当該出力部材毎に1対1の関係で係合させたものであり、
前記各出力部材を同じ回転数に制御可能であることを特徴とした駆動制御装置。
【請求項2】
前記差動機構における各回転要素間の回転差を所定の範囲内に収めるよう前記出力部材間の回転数の比を制御することを特徴とした請求項1記載の駆動制御装置。
【請求項3】
前記差動機構の回転差が0を含む所定の範囲内に収まるよう前記出力部材間の回転数の比を制御することを特徴とした請求項2記載の駆動制御装置。
【請求項4】
前記無段変速機構は、前記入力部に接続された入力部材と、該入力部材の回転に伴い転動する転動部材と、該転動部材を挟持する2つの前記出力部材と、を備え、前記入力部材と前記転動部材と前記各出力部材との間に発生させた摩擦力によって当該入力部材のトルクを当該夫々の出力部材に伝達させ、且つ、前記夫々の出力部材の間の回転数の比を前記転動部材の傾転角に応じて無段階に変化させるものであることを特徴とする請求項1,2又は3に記載の駆動制御装置。
【請求項5】
前記出力部材間の回転数の比の制御は、該各出力部材のクリープ量と当該各出力部材の間に配置されてその間の回転数の比を無段階に変化させる転動部材の傾転角との関係を記したマップを用いて行うことを特徴とした請求項4記載の駆動制御装置。
【請求項6】
前記出力部材間の回転数の比の制御は、該各出力部材の夫々の回転数を検出して行うことを特徴とした請求項2から5の内の何れか1つに記載の駆動制御装置。
【請求項7】
前記無段変速機構が前記出力部材を2つ備える場合、該出力部材間の回転数の比の制御は、該各出力部材の内の何れか1つの回転数と、該各出力部材と係合関係にない前記差動機構における回転要素の回転数と、を検出して行うことを特徴とした請求項2から5の内の何れか1つに記載の駆動制御装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【公開番号】特開2011−153649(P2011−153649A)
【公開日】平成23年8月11日(2011.8.11)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−14524(P2010−14524)
【出願日】平成22年1月26日(2010.1.26)
【出願人】(000003207)トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Fターム(参考)】