JP2009280040A - 無段変速機及び不整地走行車両 - Google Patents

Abstract

【課題】ＨＭＴの経年劣化並びに燃料の無駄使いを抑制し得て、しかも、クラッチ電子制御機構を用いることなく発進時斜板傾斜角度制御を行うことができる無段変速機を提供する。
【解決手段】エンジン１１から駆動輪１２に至る動力伝達経路のエンジン出力軸１１ａ寄りに配置された機械式トランスミッション（ＭＴ）１３と、ＭＴ１３に並設されて流体の静圧エネルギーを利用する静液圧式トランスミッション（ＨＳＴ）１４と、によって無段階の変速を行うハイドロメカニカルトランスミッション（ＨＭＴ）１５と、エンジン１１とＨＭＴ１５との間のエンジン出力軸１１ａに配置された自動遠心クラッチ機構１６と、を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両用の無段変速機、特に、機械式トランスミッションが入力軸と出力軸との間に介装されると共に、この機械式トランスミッションに静液圧式トランスミッションを並設した無段変速機及び不整地走行車両に関する。

従来から、バスやトラック等の大型車両や各種建設機械用車両、トラクタ等の各種農業機械用車両、四輪バギー車等の不整地走行車両（ＡＴＶ）といったレジャー・スポーツ産業車両、等の各種車両には、機械式トランスミッション（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；以下、「ＭＴ」と称する。）が入力軸と出力軸との間に介装されると共に、このＭＴと、流体の静圧エネルギーを利用する静液圧式トランスミッション（Ｈｙｄｒｏ Ｓｔａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；以下、「ＨＳＴ」と称する。）とを、遊星歯車機構等を介して組み合わせることにより、無段階の変速を行うようにしたハイドロメカニカルトランスミッション（Ｈｙｄｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；以下、「ＨＭＴ」と称する。）を搭載したものが周知である。

また、このような無段変速機としてのＨＭＴとしては、例えば、図５に示すように、エンジン１から駆動輪２に至る動力伝達経路に、クラッチ機構３と遊星歯車機構４とで構成されたＭＴ５と、エンジン１側に連結された斜板６ａを有する液圧ポンプ６と駆動輪２側に連結された斜板７ａを有する液圧モータ７とを接続したＨＳＴ８と、を並列に配設してＨＭＴ９を構成したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

さらに、図６に示すように、駆動輪２の入力側にブレーキスイッチ１０を介在し、ブレーキペダル（図示せず）踏み込み量に応じて電気的にクラッチを開放すると共に停車中は変速比を中立制御する構成も知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平１１−２３６９６９号公報 特開２０００−１２７７８０号公報

ところが、上記の如く構成された無段変速機にあっては、例えば、特許文献１に開示の技術では、アイドリング時においても常にＨＭＴ９が作動を継続してしまうため、ＨＭＴ９の経年劣化が早まってしまうばかりでなく、燃料を無駄に使用してしまうという問題が生じていた。

また、特許文献２に開示の技術では、停車中にクラッチを開放及び変速比を中立としてしまうことから、発進時斜板傾斜角度で待機することができず、急発進が不可能となってしまうという問題が生じていた。

そこで、本発明は、上記事情を考慮し、ＨＭＴの経年劣化並びに燃料の無駄使いを抑制し得て、しかも、クラッチ電子制御機構を用いることなく発進時斜板傾斜角度制御を行うことができる無段変速機を提供することを目的とする。

本発明の無段変速機は、エンジンから駆動輪に至る動力伝達経路のエンジン出力軸寄りに配置された機械式トランスミッションと、該機械式トランスミッションに並設され且つ前記エンジンの出力軸側に液圧ポンプ及び前記駆動輪の入力軸側に液圧モータをそれぞれ接続した流体の静圧エネルギーを利用する静液圧式トランスミッションと、によって無段階の変速を行うハイドロメカニカルトランスミッションを搭載した無段変速機において、前記エンジンと前記ハイドロメカニカルトランスミッションとの間の前記エンジン出力軸に、自動遠心クラッチ機構を配置したことを特徴とする。

また、車両走行状態の有無を検出する走行状態検出手段と、前記エンジンのエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、前記ハイドロメカニカルトランスミッションの入力回転数及び出力回転数を検出するＨＭＴ入力回転数検出手段及びＨＭＴ出力回転数検出手段と、前記液圧ポンプの斜板傾斜角度を検出する斜板傾斜角度検出手段と、前記ＨＭＴ入力回転数検出手段及びＨＭＴ出力回転数検出手段で検出した各回転数に基づいて変速比を算出した後に斜板傾斜角度を算出する演算手段と、前記自動遠心クラッチ機構が切断状態にあるときに前記斜板傾斜角度検出手段で検出した斜板傾斜角度と前記演算手段で算出した斜板傾斜角度とを比較して発進時斜板傾斜角度を修正する発進時斜板傾斜角度修正手段と、を備えていることを特徴とする。

さらに、前記斜板傾斜角度検出手段で検出した斜板傾斜角度と前記演算手段で算出した斜板傾斜角度とを相関曲線に対応付けして記憶する記憶手段を備え、前記発進時斜板傾斜角度修正手段は前記記憶手段に記憶された相関曲線に対応付けして発進時斜板傾斜角度を修正することを特徴とする。

また、本発明の不整地走行車両には、請求項１乃至請求項３に記載の無段変速機が搭載されている。

本発明の無段変速機は、ＨＭＴの経年劣化並びに燃料の無駄使いを抑制し得て、しかも、クラッチ電子制御機構を用いることなく発進時斜板傾斜角度制御を行うことができる。

次に、本発明の一実施形態に係る無段変速機について、四輪バギー車等の不整地走行車両（ＡＴＶ）に適用し、図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る無段変速機を搭載した車両の模式図、図２は本発明の一実施形態に係る無段変速機の説明図、図３は本発明の一実施形態に係る無段変速機における制御回路による制御ルーチンのフロー図、図４は変速比と斜板角度との相関のグラフ図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る無段変速機は、エンジン１１から駆動輪（本実施の形態では後輪）１２に至る動力伝達経路のエンジン出力軸１１ａ寄りに配置された機械式トランスミッション（以下、単に「ＭＴ」と称する。）１３と、ＭＴ１３に並設されて流体の静圧エネルギーを利用する静液圧式トランスミッション（以下、単に「ＨＳＴ」と称する。）１４と、によって無段階の変速を行うハイドロメカニカルトランスミッション（以下、単に「ＨＭＴ」と称する。）１５と、エンジン１１とＨＭＴ１５との間のエンジン出力軸１１ａに配置された自動遠心クラッチ機構１６と、を備えている。

ＭＴ１３は、エンジン出力軸１１ａに自動遠心クラッチ機構１６を介して連結されたギヤ１７と、駆動輪入力軸１２ａに連結されてギヤ１７と噛み合う遊星歯車機構１８と、を備えている。

ＨＳＴ１４は、エンジン出力軸１１ａ側に連結された斜板１９ａを有する液圧ポンプ１９と、駆動輪入力軸１２ａ側に連結された斜板２０ａを有する液圧モータ２０と、これら液圧ポンプ１９と液圧モータ２０とを接続した流体の静圧エネルギーを利用する油圧機構２１と、を備えている。

自動遠心クラッチ機構１６は、エンジン出力軸１１ａの中途部に配置されてこのエンジン出力軸１１ａを入力側と出力側とに分離しており、エンジン１１が駆動してエンジン出力軸１１ａが回転している時にエンジン出力軸１１ａの入力側と出力側とを接続し且つエンジン出力軸１１ａが回転していない時にはエンジン出力軸１１ａの入力側と出力側とを切断する。

この際、自動遠心クラッチ機構１６は、エンジン１１が駆動していても車両走行状態に無い、所謂、アイドリング時よりも遅い回転数のエンジン出力軸１１ａの回転を出力側に伝達しないように切断設定されている。従って、自動遠心クラッチ機構１６は、小型化が可能であると同時に、アイドリング時におけるエンジン出力軸１１ａの回転はＭＴ１３には伝達しないため、電磁クラッチ等の電気的な制御を行うことなく、ＨＭＴ１５の機械的な経年劣化や燃費消費無駄を抑制することができる。

一方、エンジン１１のエンジン回転数は制御回路２２に出力される。また、この制御回路２２には、スロットルポジションセンサ２３からのスロットル信号が入力される他、ＨＭＴ１５の入力回転数及び出力回転数並びに液圧ポンプ１９の斜板１９ａの傾斜角度、等が入力される。さらに、制御回路２２は、ＲＯＭ２４に格納された制御プログラムに基づいて車両走行に係る各種制御を実行する。尚、ＲＯＭ２４は、本発明に係る発進時斜板傾斜角度修正プログラムも格納しており、この発進時斜板傾斜角度修正プログラムを実行する制御回路２２とでマイクロコンピュータを構成している。

これにより、制御回路２２は、スロットルポジションセンサ２３からのスロットル信号とエンジン回転数とに基づいて車両走行状態の有無を検出する。また、制御回路２２は、ＨＭＴ入力回転数及びＨＭＴ出力回転数に基づいて変速比を算出すると共に、その変速比をメモリ２５に格納する。さらに、制御回路２２は、メモリ２５に格納した変速比に基づいて斜板１９ａの傾斜角度を算出する。また、制御回路２２は、検出した斜板１９ａの傾斜角度と算出した斜板１９ａの傾斜角度とを比較して発進時斜板傾斜角度を修正し、その修正結果をメモリ２５にフィードバック（学習）する。

尚、制御回路２２は、例えば、
（１）スロットルポジションセンサ２３＝全閉
（２）ＨＭＴ出力回転数＝０
（３）エンジン回転数≠ＨＭＴ入力回転数
（４）エンジン回転数≒アイドリング回転数
の何れか或いは任意の組み合わせが成立した時に、発進時に要求される斜板角度への制御を実行する。

これにより、スロットル開度と車速とに応じたエンジン目標回転数を予め設定することで、制御回路２２により目標変速比を算出して斜板角度をモータ等（図示せず）により制御することができる。この際、制御回路２２は、環境条件（機構内温度や外気温等）によって実際に要求される変速比とそれに対応する斜板角度との関係に誤差が生じ、状況によっては、ＨＭＴ作動中にフィードバック（学習）が効かなくなって発進時の斜板角度・発進斜板角度に誤差となってしまう虞がある。

従って、制御回路２２は、自動遠心クラッチ機構１６が接続されて動力伝達状態にあるとき、即ち、エンジン回転数とＨＭＴ入力回転数とが同じである複数の任意変速比における斜板角度を学習してメモリ２５に格納しておく。

次に、このような制御回路２２による発進時斜板傾斜角度修正ルーチンの一例を、図３のフロー図を参照しつつ説明する。

（ステップＳ１）
ステップＳ１では、制御回路２２は、自動遠心クラッチ１６が切断状態、即ち、車両走行状態にあるか否かを判定し、走行状態にあるときにはステップＳ２へと移行し、走行状態にないときには継続してステップＳ１を監視する。

尚、制御回路２２は、自動遠心クラッチ１６が機械的にエンジン出力軸１１ａの入力側と出力側とを接続・切断する機構であるため、この自動遠心クラッチ１６が接続状態にあるということを、車両走行状態にあるということで判定する。従って、制御回路２２は、本実施の形態においては、スロットルポジションセンサ２３≠全閉で、エンジン回転数＝ＨＭＴ入力回転数の時に、車両走行状態にあると判定する。

（ステップＳ２）
ステップＳ２では、制御回路２２は、斜板１９ａの角度を検出する検出センサ（図示せず）を利用して、斜板１９ａの実際の斜板傾斜角度を取得すると共に、ＨＭＴ入力回転数及びＨＭＴ出力回転数に基づいて変速比を算出したうえで、その算出した変速比を用いて斜板１９ａの傾斜角度を算出し、実際の斜板傾斜角度から算出した斜板傾斜角度を減算した値（絶対値）が「０（ゼロ）」の場合にはステップＳ３へと移行し、実際の斜板傾斜角度から算出した斜板傾斜角度を減算した値（絶対値）が「０（ゼロ）」でない場合にはステップＳ４へと移行する。

（ステップＳ３）
ステップＳ３では、制御回路２２は、例えば、図４に示したグラフのように、変速比と斜板角度との相関曲線に対して、ステップ２で算出した斜板傾斜角度が相違する場合、相関曲線を算出した傾斜角度へと修正を行い、修正した相関曲線をＲＯＭ２４に格納してステップＳ５へと移行する。

（ステップＳ４）
ステップＳ４では、制御回路２２は、ステップＳ２における実際の斜板傾斜角度と算出した斜板傾斜角度とに関連付けした変速比をメモリ２５に格納し、実際の斜板傾斜角度と算出した斜板傾斜角度が一致するようにフィードバック制御を実行してステップＳ１へとループする。

（ステップＳ５）
ステップＳ５では、制御回路２２は、ステップＳ３で修正した相関曲線に基づいて、発進時斜板角度を修正してこのルーチンを終了する。

この際、制御回路２２は、車両停止状態直前の車両走行状態における環境条件の変化に対応して修正された相関曲線に基づいて、発進時斜板角度を決定することができる。

しかも、制御回路２２は、自動遠心クラッチ１６が切断状態にあるときに、最適な発進時斜板角度を決定し、その発進時斜板角度に斜板１９aの角度を制御することができるため、発進時加速性に優れ、特に不整地走行車両等にあっては、運転者のイメージするスムーズな発進加速を実現することができ、車両コントロールが困難な不整地走行時における操作性を向上することができる。

本発明の一実施形態に係る無段変速機を搭載した車両の模式図である。 本発明の一実施形態に係る無段変速機の説明図、 本発明の一実施形態に係る無段変速機における制御回路による制御ルーチンのフロー図、 本発明の一実施形態に係る無段変速機における変速比と斜板角度との相関のグラフ図である。 従来に係る無段変速機を搭載した車両の模式図である。 従来に係る他の無段変速機を搭載した車両の模式図である。

符号の説明

１１…エンジン
１２…駆動輪
１１ａ…エンジン出力軸
１３…機械式トランスミッション（ＭＴ）
１４…静液圧式トランスミッション（ＨＳＴ）
１５…ハイドロメカニカルトランスミッション（ＨＭＴ）
１６…クラッチ機構（遠心クラッチ機構）
１８…遊星歯車機構
１９…液圧ポンプ
１９ａ…斜板
２０…液圧モータ
２０ａ…斜板
２１…油圧機構
２２…制御回路
２４…ＲＯＭ
２５…メモリ

Claims (4)

1. エンジンから駆動輪に至る動力伝達経路のエンジン出力軸寄りに配置された機械式トランスミッションと、該機械式トランスミッションに並設され且つ前記エンジンの出力軸側に液圧ポンプ及び前記駆動輪の入力軸側に液圧モータをそれぞれ接続した流体の静圧エネルギーを利用する静液圧式トランスミッションと、によって無段階の変速を行うハイドロメカニカルトランスミッションを搭載した無段変速機において、
   前記エンジンと前記ハイドロメカニカルトランスミッションとの間の前記エンジン出力軸に、自動遠心クラッチ機構を配置したことを特徴とする無段変速機。
2. 車両走行状態の有無を検出する走行状態検出手段と、前記エンジンのエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、前記ハイドロメカニカルトランスミッションの入力回転数及び出力回転数を検出するＨＭＴ入力回転数検出手段及びＨＭＴ出力回転数検出手段と、前記液圧ポンプの斜板傾斜角度を検出する斜板傾斜角度検出手段と、前記ＨＭＴ入力回転数検出手段及びＨＭＴ出力回転数検出手段で検出した各回転数に基づいて変速比を算出した後に斜板傾斜角度を算出する演算手段と、前記自動遠心クラッチ機構が切断状態にあるときに前記斜板傾斜角度検出手段で検出した斜板傾斜角度と前記演算手段で算出した斜板傾斜角度とを比較して発進時斜板傾斜角度を修正する発進時斜板傾斜角度修正手段と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の無段変速機。
3. 前記斜板傾斜角度検出手段で検出した斜板傾斜角度と前記演算手段で算出した斜板傾斜角度とを相関曲線に対応付けして記憶する記憶手段を備え、
   前記発進時斜板傾斜角度修正手段は前記記憶手段に記憶された相関曲線に対応付けして発進時斜板傾斜角度を修正することを特徴とする請求項２に記載の無段変速機。
4. 請求項１乃至請求項３に記載の無段変速機が搭載されていることを特徴とする不整地走行車両。

Images