JP2002213550A - 無段変速機の張力制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】駆動プーリのベルト巻き掛け半径を正確に求
め、実効ベルト張力を最適に制御できる無段変速機の張
力制御方法を提供する。 【解決手段】駆動プーリ２と従動プーリ４との間にベル
ト５を巻き掛け、駆動プーリ２への入力トルクＭｉと駆
動プーリ２のベルト巻き掛け半径Ｒ₁ との比によって実
効ベルト張力Ｔｅを算出し、この実効ベルト張力Ｔｅに
応じてテンショナ装置１１の付勢力を制御する無段変速
機である。駆動プーリ２の軸回転数Ｎ₁ と従動プーリ４
の軸回転数Ｎ₂ とから軸回転数比Ｚを求め、ベルト巻き
掛け半径Ｒ ₁ を、ベルトの全長Ｌと、駆動プーリ２と従
動プーリ４との軸間距離Ｃと、上記軸回転数比Ｚとから
求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は無段変速機の張力制
御方法、特にＶベルト式無段変速機におけるベルト張力
を最適な値に制御する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】車両用無段変速機として、Ｖベルト式無
段変速機が実用化されている。このうち、油圧サーボを
有する駆動プーリと油圧サーボを有する従動プーリとの
間にベルトを巻き掛け、ライン圧をいずれか一方のプー
リの油圧サーボに供給することによりベルト張力となる
挟持力を発生させるとともに、他方のプーリの油圧サー
ボにはライン圧を調圧した変速油圧を供給することによ
り、変速比を可変するようにした無段変速機が提案され
ている（特開平５−１４１５１４号公報）。

【０００３】無段変速機のベルト伝達効率は、伝達トル
クに応じた最適張力条件で運転することにより、最大と
なる。そこで、プーリ比、伝達トルクなどに応じて最適
な張力に制御するためのパラメータを決定する必要があ
る。上記無段変速機の場合には、駆動プーリへの入力ト
ルクＭｉと駆動プーリのベルト巻き掛け半径Ｒ₁ との比
によって実効ベルト張力Ｔｅを算出し、この実効ベルト
張力Ｔｅに応じてプーリ挟持力を制御している。すなわ
ち、実効ベルト張力Ｔｅを次式で求めている。 Ｔｅ＝Ｍｉ／Ｒ₁

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上式において、入力ト
ルクＭｉはエンジントルクから求めることができるが、
駆動プーリのベルト巻き掛け半径Ｒ₁ は直接検出できな
い。通常は、プーリの幅を検出し、その幅から演算によ
りベルト巻き掛け半径Ｒ₁ を求めているが、ベルトの幅
方向の弾性変形や摩耗により、誤差が生じやすい。この
傾向は、特に樹脂ベルトの場合に顕著に現れる。このよ
うに誤差の大きなベルト巻き掛け径Ｒ₁ を用いて実効ベ
ルト張力Ｔｅを求め、プーリ挟持力を制御すると、最適
なベルト張力に制御できない。

【０００５】そこで、本発明の目的は、駆動プーリのベ
ルト巻き掛け半径を正確に求め、実効ベルト張力を最適
に制御できる無段変速機の張力制御方法を提供すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明は、駆動プーリと従動プーリ
との間にベルトを巻き掛け、駆動プーリへの入力トルク
Ｍｉと駆動プーリのベルト巻き掛け半径Ｒ₁ との比によ
って実効ベルト張力Ｔｅを算出し、この実効ベルト張力
Ｔｅに応じてプーリの挟持力あるいはベルトテンショナ
の付勢力を制御する無段変速機において、上記駆動プー
リの軸回転数Ｎ₁ と従動プーリの軸回転数Ｎ ₂ とから軸
回転数比Ｚを求め、上記ベルト巻き掛け半径Ｒ₁ を、ベ
ルトの全長Ｌと、駆動プーリと従動プーリとの軸間距離
Ｃと、上記軸回転数比Ｚとから求めることを特徴とする
無段変速機の張力制御方法を提供する。

【０００７】まず駆動プーリの軸回転数Ｎ₁ と従動プー
リの軸回転数Ｎ₂ とから軸回転数比Ｚを求める。次に、
ベルト巻き掛け半径Ｒ₁ を、ベルトの全長Ｌと、駆動プ
ーリと従動プーリとの軸間距離Ｃと、上記軸回転数比Ｚ
とから求める。半径Ｒ₁ は後述するように計算で求める
ことができる。一般に、ベルトの幅寸法は経年変化によ
り摩耗によって変化するが、ベルト長さは殆ど変化しな
い。本発明のベルト巻き掛け半径の算出方法では、経年
変化のない要素（ベルトの全長Ｌ，軸間距離Ｃ，軸回転
数比Ｚ）のみを用いて算出するので、正確な巻き掛け半
径を算出できる。その結果、この正確なベルト巻き掛け
径Ｒ₁ を用いて実効ベルト張力Ｔｅを求め、プーリ挟持
力あるいはベルトテンショナの付勢力を制御すると、最
適なベルト張力に制御できる。

【０００８】本発明の無段変速機としては、前述の特開
平５−１４１５１４号公報に記載のように、駆動プーリ
および従動プーリの双方に油圧サーボを設けたものに限
らず、双方のプーリ幅をモータおよびボールネジ機構な
どによって逆方向に可変制御できるようにし、これとは
別にベルトを押し付けて張力を得るベルトテンショナを
設けたもの（例えば特開平５−２８０６１３号公報参
照）でもよい。

【０００９】本発明は、請求項２のように、張力帯に複
数のブロックを長手方向に係止し、各ブロックのプーリ
との接触面をゴムあるいは樹脂材料で形成した乾式ベル
トを用いた場合に効果的である。Ｖベルト式無段変速機
には、金属ベルトを使用する湿式の無段変速機とゴムベ
ルトあるいは樹脂ベルトを使用する乾式の無段変速機と
がある。特に、後者のベルトは、張力帯に複数のブロッ
クを長手方向に係止し、ブロックのプーリとの接触面を
ゴムあるいは樹脂材料で形成したものであるが、このよ
うなベルトは新品のベルトであっても、プーリの挟持力
やベルトテンショナの付勢力により幅方向に弾性変形す
る性質をもつ。このようなＶベルトを用いた場合には、
本発明の方法で最適張力を制御すると、高精度な制御が
可能となる。また、本発明の算出方法では、軸回転数比
Ｚからプーリのベルト巻き掛け径の比を求める関係上、
ベルトがプーリに対して滑らないことが条件となる。乾
式ベルトの場合、湿式ベルトに比べてプーリとの間の滑
りが非常に少ないので、ベルト巻き掛け径Ｒ₁ を正確に
算出できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１，図２は本発明にかかる無段
変速機の一例の概略構造を示し、この例は車両用として
用いられる乾式の無段変速機の例を示す。この無段変速
機は、エンジンと発進機構（図示せず）を介して接続さ
れ、駆動プーリ２を有する駆動軸１と、車輪と連結さ
れ、従動プーリ４を有する従動軸３と、両プーリ２，４
間に巻き掛けられたＶベルト５とを備えている。この実
施例のＶベルト５は、樹脂ベルト（例えば実公平３−３
１８７０号公報参照）が用いられている。

【００１１】駆動プーリ２および従動プーリ４は、それ
ぞれ軸１，３に固定された固定シーブ２ａ，４ａと、軸
１，３に対して軸方向に移動可能な可動シーブ２ｂ，４
ｂとを備えており、可動シーブ２ｂ，４ｂの背後にはボ
ールネジ機構６，７が設けられている。ボールネジ機構
６，７にはそれぞれ変速ギヤ６ａ，７ａが設けられてお
り、駆動プーリ２の変速ギヤ６ａには変速用モータ８の
駆動ギヤ９が噛み合っている。また、変速ギヤ６ａはア
イドラ軸１０に設けられたアイドラギヤ１０ａ，１０ｂ
を介して従動プーリ４の変速ギヤ７ａと噛み合い、同期
回転する。そのため、変速用モータ８を駆動してボール
ネジ機構６，７を回転させると、例えば駆動プーリ２の
可動シーブ２ｂが開き方向に移動した時、従動プーリ４
の可動シーブ４ｂは閉じ方向へ移動する。つまり、駆動
プーリ２と従動プーリ４はそのベルト巻き掛け径が逆方
向にかつ同期して変化する。

【００１２】上記のようにプーリ２，４のベルト巻き掛
け径（プーリ比）は変速用モータ８によって可変する
が、それだけではＶベルト５とプーリ２，４との間に滑
りが発生してしまう。そこで、伝達トルクおよびベルト
巻き掛け径に応じたベルト張力を与えるため、図２に示
すテンショナ装置１１が設けられている。テンショナ装
置１１はＶベルト５を外側から押し付けるテンションロ
ーラ１２を備え、このテンションローラ１２はリンク１
３によって揺動可能に支持されている。リンク１３はス
プリング１４によってＶベルト５の押し付け方向に付勢
されている。そのため、テンションローラ１２は所定の
荷重でＶベルト５の緩み側を内側に向かって押し付けて
いる。このように外側から内側に向かってＶベルト５を
押圧することで、所定のベルト推力を得るとともに、プ
ーリ２，４に対するＶベルト５の巻き付け長さを長く
し、伝達効率を高めている。リンク１３の先端部外周面
にはギヤ部１３ａが形成され、このギヤ部１３ａに張力
調整用アシストモータ１５のピニオンギヤ１６が噛み合
っている。上記スプリング１４は初期推力を与えてお
り、アシストモータ１５を正逆いずれかの方向に駆動す
ることによって、初期推力に対してモータ推力を加減
し、最適なベルト張力が得られるように調整している。

【００１３】変速用モータ８および張力制御用モータ１
５は電子回路で構成されたコントローラ２０によって制
御される。コントローラ２０には、車両の運転信号（エ
ンジン回転数，スロットル開度，車速，シフトポジショ
ン信号，駆動軸１の回転数、従動軸３の回転数など）が
入力される。コントローラ２０には、変速マップや張力
制御マップが予め設定されており、入力信号とこれら制
御マップとに応じて変速用モータ８および張力制御用モ
ータ１５を制御している。

【００１４】エンジンから発進機構を介して駆動軸１に
入力される入力トルクをＭｉ、駆動プーリ２のベルト巻
き掛け半径をＲ₁ とすると、実効ベルト張力Ｔｅは、次
式で与えられる。 Ｔｅ＝Ｍｉ／Ｒ₁ この実効ベルト張力Ｔｅに応じてテンショナ装置１１の
押し付け力、つまり張力制御用モータ15の電流が制御さ
れる。入力トルクＭｉは、エンジントルクから求める。
一方、駆動プーリ２のベルト巻き掛け半径Ｒ₁ は次のよ
うにして求める。

【００１５】図３は巻き掛け半径Ｒ₁ を求めるための説
明図である。従動プーリ４の巻き掛け半径をＲ₂ 、ベル
ト５の全長をＬ、駆動プーリ２と従動プーリ４との軸間
距離をＣとする。また、φは鉛直軸とＯ₁ Ｐ₂ のなす角
度および鉛直軸とＯ₂ Ｐ₃ のなす角度（ラジアン）であ
る。Ｚは駆動プーリ２と従動プーリ４との軸回転数比で
あり、それぞれの軸回転数Ｎ₁ ，Ｎ₂ との比である。

【００１６】

【００１７】

【００１８】（９）式および（１０）式より、Ｒ₁ をパ
ラメータとして回帰演算を実行し、ベルト巻き掛け半径
Ｒ₁ を求めればよい。上記のようにして駆動プーリ２の
ベルト巻き掛け半径Ｒ₁ を求めることで、次のような効
果が得られる。すなわち、Ｖベルト５は、幅方向には経
年変化や弾性変形などによって変化するが、ベルト長さ
Ｌは張力帯によって連結されているので、殆ど変化しな
い。上記のようなベルト巻き掛け半径Ｒ₁ の算出方法で
は、経年変化などの影響を受けない要素、つまりベルト
の全長Ｌ、軸間距離Ｃ、軸回転数比Ｚを用いているの
で、正確なベルト巻き掛け半径Ｒ₁ を求めることができ
る。

【００１９】本発明は上記実施例に限定されるものでは
ない。上記実施例では乾式ベルトを用いた例について説
明したが、湿式ベルトを用いた無段変速機にも同様に適
用できる。湿式の無段変速機では、前述の特開平５−１
４１５１４号公報のように、駆動プーリおよび従動プー
リの双方に油圧サーボを設け、一方のプーリに供給され
る油圧を実効ベルト張力に応じて制御すればよい。

【００２０】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、実効ベルト張力Ｔｅに応じてプーリの挟持力あ
るいはベルトテンショナの付勢力を制御する無段変速機
において、実効ベルト張力Ｔｅを算出するための駆動プ
ーリのベルト巻き掛け半径Ｒ₁ を、ベルトの全長Ｌと、
駆動プーリと従動プーリとの軸間距離Ｃと、軸回転数比
Ｚとから求めるようにしたので、経年変化のない要素の
みを用いて算出することができ、正確な巻き掛け半径を
算出できる。そのため、このベルト巻き掛け径Ｒ₁を用
いて実効ベルト張力Ｔｅを求め、プーリ挟持力あるいは
ベルトテンショナの付勢力を制御すれば、最大のベルト
伝達効率を持つ最適なベルト張力に制御できる。また、
同時に、Ｖベルトに滑りや過大な力を与えないで済むの
で、ベルトの耐久性向上が図れるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる無段変速機の一例の概略構造図
である。

【図２】図１の無段変速機の側面図である。

【図３】駆動プーリの巻き掛け半径Ｒ₁ を求めるための
説明図である。

【符号の説明】

１ 駆動軸 ２ 駆動プーリ ３ 従動軸 ４ 従動プーリ ５ Ｖベルト ８ 変速用モータ １１ テンショナ装置１１ １５ 張力制御用モータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】駆動プーリと従動プーリとの間にベルトを
   巻き掛け、駆動プーリへの入力トルクＭｉと駆動プーリ
   のベルト巻き掛け半径Ｒ₁ との比によって実効ベルト張
   力Ｔｅを算出し、この実効ベルト張力Ｔｅに応じてプー
   リの挟持力あるいはベルトテンショナの付勢力を制御す
   る無段変速機において、上記駆動プーリの軸回転数Ｎ₁
   と従動プーリの軸回転数Ｎ₂ とから軸回転数比Ｚを求
   め、上記ベルト巻き掛け半径Ｒ₁ を、ベルトの全長Ｌ
   と、駆動プーリと従動プーリとの軸間距離Ｃと、上記軸
   回転数比Ｚとから求めることを特徴とする無段変速機の
   張力制御方法。
2. 【請求項２】上記ベルトは、張力帯に複数のブロックを
   長手方向に係止し、各ブロックのプーリとの接触面をゴ
   ムあるいは樹脂材料で形成した乾式ベルトであることを
   特徴とする請求項１に記載の無段変速機の張力制御方
   法。