JP4112013B2 - 巻掛け伝動変速機構の作動装置及び方法 - Google Patents

Description

技術水準
本発明は独立請求項形式の請求の範囲の上位概念の構成要件を備えた巻掛け伝動変速機構の作動装置及び方法に関する。
無段階に変速比が可変の伝動変速機構は種々のバリエーションが公知である。ここで特筆すべき所謂巻掛け伝動変速機構では車両に連結された駆動側と、車輪に連結された従動側との間にベルト、殊にスライディング式ベルト（Schubgliederband）又はロープ又はチェーン、殊に、引張チェーンが設けられている。ここで、駆動側ないし従動側は、一般に各１つの軸方向に移動可能なコーンプーリを有する。そのようなシステムは、例えば、ＥＰ，Ａ１，０４５１８８７又はＤＥ−ＯＳ４４１１６２８から公知である。そのような伝動変速機構の効率は、次のことに規定的に依存する、即ち、巻掛け機構要素へのプーリの圧着力を、プーリと、巻掛け機構要素との間でスリップの生じないように設計選定しなければならないということに依存する。当該の圧着力を幾らかの安全余裕を以て伝達されるべき最大のトルクに従って選定設計できる。然し乍ら、そのようにすると、車両の通常作動では伝動変速機構にて過度に高い摩擦力及び液圧損を来す。
その様な状態を改善する手法の要点は、圧着力を瞬時の伝達モーメントに適合させることである。従って、冒頭に述べたＥＰ、Ａ１、０４５１８８７では、機関トルクに依存して圧着力を制御することが示されている。更なる手法の要点とするところは、圧着力を次のような値に低減することである、即ち、実際の伝達トルクのもとで、スリップを確実に阻止するのに丁度十分な値に低減することである。スリップ制御は、例えば、冒頭に述べたＤＥ−ＯＳ４４１１６２８に示されている。その様なスリップ制御には、瞬時のスリップの可及的に精確な知識が必要である。ＤＥ−ＯＳ４４１１６２８には、就中、巻掛け機構要素の速度を検出することが提案されている。
本発明の課題は、スリップの簡単且つ精確な検出を実現することである。
前記課題は、独立請求項形式の請求の範囲の構成要件により解決される。
発明の利点
前述のように、本発明は、駆動側及び従動側を有しその伝達変速比が可変である巻掛け伝動変速機構の構成手法を基礎とする。巻掛け手段は、駆動側と従動側との間にそれのスリップ特性に関して可制御な機械的作用結合を形成するために用いられ、ここで、スリップに影響、作用を及ぼし得る作用印加手段が設けられている。
本発明の核心とするところは、少なくとも２つのセンサユニットが設けられており、該センサユニットは巻掛け手段の領域にて、そして、駆動側と従動側との間に配置されている。前記センサユニットの信号は、巻掛け手段のスリップの制御のための作用印加手段に供給されるように構成されている。本発明により配置構成されたセンサユニットにより、実際のスリップを精確に検出し、スリップ制御のために使用することを簡単な手法で行うことができる。
従って、殊に、有利には、センサユニットは、巻掛け手段とセンサユニットとの間の相対的位置関係の変化を検出するように構成されているのである。
更に、有利には、巻掛け手段は、個々のセグメントに細分化されており、該個々のセグメントは、駆動側と従動側との間で機械的作用結合の形成されるようセンサユニットのところを通過案内され、前記センサユニットは、それの信号がセンサユニットのところを通過案内されるセグメントを表すように配置構成されているのである。
既に、冒頭に述べたように、駆動側及び／又は従動側は、少なくとも１つの軸方向移動可能な機構要素を有し、該機構要素は、実質的にコーンプーリの形態を有するのである。巻掛け手段として少なくとも１つのベルト、例えば、スライディング式ベルト（Schubgliederband）又はロープ又はチェーンを、これが駆動側と従動側を成すプーリ対間に張設されているように構成することができ、ここで、巻掛け手段と該巻掛け手段を張設するプーリ対との間のスリップが可制御であるように構成されているのである。
殊に、有利には、センサユニットのうちの一方は、それの信号が駆動側又は従動側へ向かっているセグメントを表すように配置構成されており、センサユニットのうちの他方は、それの信号が、駆動側又は従動側から離れていくセグメントを表すように配置構成されているのである。
作用印加手段は、有利には、次のように構成されている、即ち、幾何学的伝達変速比が２つのセンサ信号間の差に依存して形成されるように構成されているのである。実際のスリップの検出のため、第１回転数検出手段および第２回転数検出手段が駆動側及び／又は従動側の回転数検出のため設けられており、前記第１回転数検出手段および第２回転数検出手段の出力信号は作用印加手段に供給されるように構成され、そして、前記作用印加手段は、次のように構成されており、即ち、当該の回転数検出手段の出力信号に依存して、回転数伝達変速比が検出されるように構成されており、幾何学的伝達変速比と回転数の伝達変速比との比較により、巻掛け手段の実際のスリップが求められるように構成されているのである。
作用印加手段は、スリップが所定の値に制御されるように構成されここで、スリップの制御のため実際のスリップが所定の設定値スリップと比較されるように構成することが可能である。
本発明は、更に、駆動側及び従動側を有し、その伝達変速比が可変の巻掛け伝動変速機構の巻掛け伝動変速機構の作動方法にも関するものであって、それのスリップ特性に関して可制御な、機械的作用結合を駆動側と従動側との間に形成するための巻掛け手段を使用し、当該の巻掛け手段のスリップに影響、作用を及ぼし得るようにした当該の作動方法に関する。本発明の作動方法の要点とするところは、駆動側又は従動側に向かっている、巻掛け手段の部分及び駆動側又は従動側から離れていく、巻掛け手段の部分を検出し、巻掛け手段のスリップを当該の検出された部分に依存して制御するのである。
本発明の更なる有利な実施形態がサブクレーム及び以降説明する実施例から明らかである。
図面
図１は略示した伝動変速機構と共に伝動変速機構作動装置を示すブロック接続図である。図２は、センサユニットの位置関係を示す概念図ある。図３は、図４に示す部分のシーケンスダイヤグラムを開示する。図５ａ，５ｂ及び５ｃは、巻掛け機構要素の種々の概略図である。
実施例
次に実施例に即して本発明を詳述する。
図１には、巻掛け伝動変速機構の構成を断面図で示す。内燃機関１は、絞り弁２によりそれの機関トルクＭmを制御され得る。絞り弁２は、例えば、機械的又は電気的にアクセルペダル（図示せず）と連結されている。内燃機関１は通常クラッチ及び／又はコンバータ３を介してＣＶＴ伝動変速機構４の駆動側（１次側）に連結されている。ＣＶＴ伝動変速機構４の従動側（２次側）は、後置接続された伝動変速機構（図示せず）を介して車輪と連結されている。ＣＶＴ伝動変速機構は１次側及び２次側に各１つの軸方向に移動可能なコーンプーリ５及び６を有する。伝達変速比の調整のため、オイルチェンバ７及び８内に相応の１次圧Ｐpないし２次圧Ｐsが形成される。調整量である１次圧Ｐp及び２次圧Ｐsの適当な選定により以下のことを保証しなければならない。
１． 伝動変速機構の伝達変速比ｕが１次回転数Ｎpと２次回転数Ｎsとの所望の比に相応すること。
２． 力伝達作用をするスライディング式ベルト９（ないしチェーン、ベルト類）がスライディング式ベルト９のスリップを防止するのに十分な強さでプーリに圧着されること。
前述の項目１のポイントは、電気液圧式伝達変速比制御部又は１次回転数制御部１０により実現される。項目２のポイントに対してはベルト張力制御部１１が使用される。
屡々使用される、図１に示すマスタスレーブ方式において、２次圧Ｐsは、ベルト張力の調整のため使用され、１次圧Ｐpは、伝達変速比ないし１次回転数の調整セッティングのため使用される。ベルト張力の制御のためブロック１１には１次回転数Ｎp及び２次回転数Ｎsのほかに機関回転数Ｎｍ（回転数センサ１２）、後述するセンサユニットＳ１，Ｓ２の出力信号Ｎin，Ｎoutがさらに供給される。当該の信号に依存して、調整セッティングさるべき２次圧Ｐsが求められる。このことを図３及び図４を用いてさらに詳しく説明する。
代替選択的に可能なパートナー（Ｐａｒｔｎｅｒ）方式の場合、テープ張力制御部は１次圧、２次圧の双方を制御する。
既述のように、その様なＣＶＴ伝動変速機構にて、図１に示す２つのプーリセット間の１つの巻掛け機構要素９を以てトルクが伝達される。伝動変速機構の伝達変速比の変化が、プーリの有効半径の調整により達成される。プーリセットは、夫々２つの円錐台ないしコーンプーリから成り、それらは、相互間でシフトされ得る。このことを、図２の基本構成図に示す。ここで、円錐台ないしコーンプーリの軸線に対して垂直方向で見た断面図が示してあり、ここで、矢印２は、車両の通常前進作動モードでの回転方向を示す。ここで、巻掛け構成要素９が２つの極端変速比調整セッティング状態ｕ_min，ｕ_maxにて破線及び点線で示してある。機関側の１次側は、Prim.と称され、車輪側の２次側はSek.と称される。
コーンプーリ相互間のシフトにより、巻掛け構成要素（これは本事例ではスライディング式ベルト９である）に対する有効半径が変化する。それを以て巻掛け機構要素９が１次側Ｐｒｉｍ．で作用している際の半径、即ち、それを以て力が伝達される半径は、ｒ_pで示され、そして、それを以て巻掛け機構要素９が２次側Ｓek．で作用している際の半径、即ち、それを以て力が伝達される半径は、ｒ_sで示される。当該の半径を理論量として求めることができる。ここで、巻掛けベルト９が理想的にはその様にして求められた円セグメント上では走行経過しない場合でも当該の半径を求めることができるのである。巻掛けベルト９の長さＬrは一定であると仮定できる。巻掛け機構要素９の走行軌跡経路が２つの円セグメント及び２つの直線部分から成る（図２参照）という仮定は、広い動作領域にて妥当し、大きな誤差なしで常に定立され得る。
図２に示すように、プーリの軸は、固定間隔ａを有する。本発明の技術思想によれば、両プーリ間の中央に、即ち、ａ／２のところに各1つのセンサユニットＳ１，Ｓ２が設けられる。そのセンサユニットは、次のように構成されている、即ち、巻掛け機構要素上の個々のセグメント５０２ないしマークを計数できるように構成されている。セグメント５０２ないしマークは、精確に一定の間隔を以て巻掛け構成要素９上に取り付けられている。これについては、図５に即して詳細に説明する。
本発明の技術思想は、次のことに立脚している、即ち、１次側Prim.にて（そして、亦勿論２次側Sek.でも）センサＳ１，Ｓ２間の巻掛け機構要素の長さＬpが幾何学的伝達変速比に対する直接的尺度量を成すということに立脚している。このことを巻掛け伝動変速機構の幾何学的関係性の以降の考察により明示する。スライディング式ベルト９の長さＬｒは、式（１）のようになる。

幾何学的伝達変速比ｕ_geoは、次のように定義付け、規定される、即ち；

但し、ｒ_pは瞬時の有効半径を表わし、ｒ_pは瞬時の有効半径を表す。スライディング式ベルトと、軸を結ぶ線とが成す角度α（軸間隔ａ）は次の通りである：

センサユニットＳ１，Ｓ２の測定点間のベルト９の長さＬpは次のような関係式で表される。

但し、Ｌpは、１次プーリの巻掛け長さを示し、Ｌapは、１次プーリにての接触点と、センサユニットＳ１，Ｓ２との間の距離を示す。
以て、１次プーリの巻掛け長さＬup及びＬapは、１次プーリにての接触点と、センサユニットＳ１，Ｓ２との間の距離Ｌapに対して下記の関係式が成立つ。

よって、センサユニットＳ１，Ｓ２間のスライディング式ベルトの長さＬpは、下記の通り１次半径ｒpにのみ依存する関数である；

既知の伝動変速機構に対しては、１次半径ｒ_pは、幾何学的伝達変速比ｕ_geo＝ｕの関数であり、該関数には、伝動変速機構パラメータＬ_r（ベルトの長さ）及びａ（プーリの軸間隔）のみが関与する。

式（８）を式（７ｃ）に代入すると、Ｌpを求めるための関係式が得られ、該関係式は、もっぱら、幾何学的伝達変速比ｕ_geo＝ｕと、固定的に調整セッティングされた伝動変速機構パラメータとに依存する。当該の式の関係が１つの特性カーブ内に格納、関与せしめられると、例えば、１次側にて蓄積された、溜められた巻掛け機構要素９の長さＬpから幾何学的伝達変速比ｕ_geoを求めることができる。
システムがベルトとプーリとの間での大したスリップなしで動作する場合、幾何学的伝達変速比ｕ_geoは回転数の伝達変速比ｕ_N＝Ｎp／Ｎsに等しくなければならない。Ｎp及びＮsは、１次側の回転数及び２次側の回転数（センサ１３，１４）である、当該の２つの伝達変速比が等しくない場合、システムは所定のベルトスリップで動作しているのである。
次に図３及び図４を用いて具体的に説明する。
図４に示すように、スリップ制御器ブロック１１では、先ず、ブロック１１１にて、回転数の伝達変速比ｕ_N＝Ｎp／Ｎsが求められる。本発明にとって、重要であるのは、ブロック１１２であり、該ブロック１１２にはセンサＳ１，Ｓ２の出力信号Ｎin，Ｎoutが供給される。前述のように、当該センサユニットＳ１，Ｓ２は、次のように構成されている、即ち、巻掛け機構要素上の個々のセグメント５０２ないしマークを計数できるように構成されている。セグメント５０２ないしマークは、精確に一定の間隔を以て巻掛け構成要素９上に取り付けられている。伝動変速機構が、図２中矢印２で示す回転方向を示す場合、センサユニットＳ１は、１次側に走入するベルトセグメントＮinないしベルトマーキングを計数し、センサユニットＳ２は、１次側から離れていくベルトセグメントＮoutないしベルトマーキングを計数する。
図３にはブロック１１２（図４）の動作を示してあり、この図３に示すように、スタートステップ３０１の後、ステップ３０２にて実際の回転数の伝達変速比ｕ_Nが読込まれる。
夫々の終端位置（最小及び最大の伝動変速機構伝達変速比の場合）において、１次側及び２次側に位置するセグメントの数が既知である。当該の動作条件（最小及び最大の伝動変速機構の伝達変速比ｕ_min，ｕ_maxの場合）生起の場合、測定を簡単にスタートできる。ステップ３０３では、当該の理由からその様なｕmin又はｕmaxを有する動作条件が生起しているか否かが判定される。最小又は最大伝達変速比の動作状態を他のパラメータによっても求めすることができる、例えば、１次圧力及び/又は２次圧力の読み込みによっても求めることができる。
少なくとも測定の始めにて、１度その様な動作状態に到達しなければならない。ステップ３０３にて最大又は最小の変速比の動作状態が検出されると、センサユニットＳ１，Ｓ２の測定点間での１次側でのベルト９の長さＬpに対するスタート値Ｌstartとしてスタート値ＬminないしＬmaxがセットされる。
ステップ３０５では、センサＳ１，Ｓ２の出力信号Ｎin，Ｎoutが読込まれ、該出力信号は、１次側に走入する、そして、そこから離れていくセグメントを表す。ステップ３０６では、センサユニットＳ１，Ｓ２の測定点間での１次側でのベルト９の実際の長さＬpが次のように求められる、即ちスタート値Ｌ_Startに入来するセグメントの数が加算され、離反、走出するセグメントの数が差し引かれるのである。
ステップ３０７では、上に導出した特性カーブ（式７ｃ及び８）から幾何学的伝達変速比ｕ_geoが求められる。
最初のスタート動作過程の後ステップ３０３にて、極端な変速比ｕ_min又はｕ_maxが調整セッティングされていないことが検出されると、ステップ３０８にて、センサＳ１，Ｓ２の出力信号Ｎin，Ｎoutが読込まれ該出力信号は、１次側にて走入、走出するセグメントを表す。ステップ３０９では、センサユニットＳ１，Ｓ２の測定点間での１次側でのベルト９の実際の長さＬpが次のように求められる、即ち先に求められた値Ｌｐに、走入するセグメントの数が加算され、離反、走出するセグメントの数が差し引かれるのである。既述のブロック３０７により、幾何学的伝達変速比ｕ_geoが求められる。
図４のブロック１１１及び１１２にて求められた実際の、回転数の伝達変速比ｕ_N及び実際の幾何学的伝達変速比ｕ_geoから、ブロック１１３にてベルトスリップ（λ_B）に対する実際のλ_B，istが計算される（例えば差形成により）。次いで当該の値λ_B，istは、ブロック１１４にて、相応する設定値λ_B，sollと比較され、次いで、当該の比較結果に依存して、ベルト張力が（例えば、冒頭に述べたマスタースレーブ方式の場合における２次圧Ｐsの調整セッティングにより）次のように調整セッティングされる、即ち、スリップが生起しないように調整セッティングされる（制御器Ｒ、ブロック１１４２）。
ベルトスリップに対する設定値λ_B，sollは、冒頭に述べたように、機関トルク及び機関回転数の考慮下で求められる。
図５ではベルトセグメントないしベルトマーキングの幾つかの実施形態を示す。
スライディング式ベルトは、公知のように多数のセグメント５０２から成り、該多数のセグメントは、鋼リングにより相互保持され、まとめられる。図５ａは、個々のセグメント５０２を有する従来のスライディング式ベルト９を示し、ここで、個々のセグメント５０２（破線で示す部分のない実施形態）が図５ｂに示されている。
図５ａに示すように、従来のスライディング式ベルトの場合、評価可能なマークを省くことができる。それというのは、検出可能な間隙５０１だけでもう公知の適当な磁気センサＳ１，Ｓ２を用いてセグメント自体を計数できるからである。さらに、殊に、それ自体公知の渦電流センサの使用が可能である。
セグメント５０２の一層明瞭な検出のための別の手法を図５ｃに示す。ここでベルト外面Ａにて２番目ごとのセグメント５０２が数mm延長されている（図５ｂにおけるセグメント５０２の破線部分をも参照のこと）。その様なマーキングは、図５ａに示す従来の内側、内面における間隙より一層簡単に検出され得る。図５ｃに示す実施形態の場合、センサユニットＳ１，Ｓ２は、勿論ベルトの外側、外面に配置されていなければならない。

Claims (8)

1. 駆動側（Prim.）及び従動側（Sek.）並びに巻掛け手段（９）を有し、伝達変速比が可変である巻掛け伝動変速機構の作動装置であって、
   該巻掛け手段（９）は個々のセグメントに細分化されており、前記巻掛け手段（９）は、駆動側（Prim.）と従動側（Sek.）との間にそれのスリップ特性に関して可制御の機械的作用結合を形成するために用いられ、
   前記巻掛け手段（９）のスリップ（λ_B）の制御のための作用印加手段（１１）を有している当該の作動装置において、
   少なくとも２つのセンサユニット（Ｓ１，Ｓ２）が設けられており、
   該センサユニット（Ｓ１，Ｓ２）は巻掛け手段（９）の領域にて、駆動側と従動側との間に配置されており、
   該センサユニット（Ｓ１，Ｓ２）の信号（Ｎ_ｉｎ，Ｎ_ｏｕｔ）は、該センサユニット（Ｓ１，Ｓ２）の側を通過するセグメントの数を表し、
   該センサユニット（Ｓ１，Ｓ２）のうち一方は、該センサユニットの信号（Ｎ_ｉｎ）が、駆動側または従動側へ移動するセグメント（５０２）の数を表すように配置され、
   該センサユニット（Ｓ１，Ｓ２）のうち他方は、該センサユニットの信号（Ｎ_ｏｕｔ）が、駆動側または従動側から離れていくセグメント（５０２）の数を表すように配置されており、
   前記センサユニット（Ｓ１，Ｓ２）の信号（Ｎ_ｉｎ，Ｎ_ｏｕｔ）は、巻掛け手段（９）のスリップ（λ_B）の制御のための作用印加手段（１１）に供給されるように構成されていることを特徴とする巻掛け伝動変速機構の作動装置。
2. センサユニット（Ｓ１，Ｓ２）は、巻掛け手段（９）とセンサユニットとの間の相対的位置関係の変化を検出するように配置構成されていることを特徴とする請求の範囲１記載の装置。
3. 駆動側（Prim.）及び従動側（Sek.）の少なくとも一方は、少なくとも１つの軸方向移動可能な機構要素（５，６）を有し、該機構要素（５，６）は、コーンプーリの形態を有することを特徴とする請求の範囲１記載の装置。
4. 巻掛け手段として少なくとも１つのベルト又はロープ又はチェーンが駆動側と従動側を成すプーリ対間に張設されており、ここで、前記巻掛け手段と、該巻掛け手段を張設するプーリ対との間のスリップ（λ_B）が可制御であることを特徴とする請求の範囲１又は３記載の装置。
5. 作用印加手段（１１）は、次のように構成されている、即ち、幾何学的伝達変速比（ｕ_geo）が２つのセンサ信号間の差（Ｎin−Ｎout）に依存して形成されるように構成されていることを特徴とする請求の範囲１記載の装置。
6. 第１回転数検出手段（１３）および第２回転数検出手段（１４）が駆動側及び従動側の少なくとも一方の回転数検出のため設けられており、前記第１回転数検出手段および第２回転数検出手段の出力信号（Ｎp，Ｎs）は作用印加手段（１１）に供給されるように構成され、そして、前記作用印加手段（１１）は、次のように構成されており、即ち、当該の回転数検出手段の出力信号（Ｎp，Ｎs）に依存して、回転数の伝達変速比が検出されるように構成されており、幾何学的伝達変速比（ｕ_geo）と回転数の伝達変速比（ｕ_N）との比較により、巻掛け手段（９）の実際のスリップ（λ_B，_ist）が求められるように構成されていることを特徴とする請求の範囲５記載の装置。
7. 作用印加手段（１１）は、スリップ（λ_B）が所定の値（λ_soll）に制御されるように構成され、ここで、スリップの制御のため実際のスリップ（λ_B,ist）が所定の設定値スリップ（λ_B,soll）と比較されるように構成されていることを特徴とする請求の範囲１又は６記載の装置。
8. 駆動側（Prim.）及び従動側（Sek.）並びに巻掛け手段（９）を有しその伝達変速比が可変の巻掛け伝動変速機構の作動方法であって、前記巻掛け手段（９）を用いて駆動側（Prim.）と従動側（Sek.）との間にそれのスリップ特性に関して可制御の機械的作用結合を形成するようにし、前記巻掛け手段（９）のスリップ（λ_Ｂ）を制御する作動方法において、
   ・駆動側（Ｐｒｉｍ．）または従動側（Ｓｅｋ．）へ移動する巻掛け手段（９）のセグメントの数（Ｎ_ｉｎ）と、駆動側（Ｐｒｉｍ．）または従動側（Ｓｅｋ．）から離れていく該巻掛け手段（９）のセグメントの数（Ｎ_ｏｕｔ）とを検出し、
   ・該巻掛け手段（９）のスリップを、検出された該セグメントの数（Ｎ_ｉｎ，Ｎ_ｏｕｔ）に依存して調整することを特徴とする作動方法。

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