(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロックアップクラッチを備えたトルクコンバータ、該トルクコンバータの出力側タービン軸と駆動連結した入力軸、該入力軸と一体に回転する入力ディスク、該入力ディスクに対向して配置された出力ディスク、対向する前記入力ディスクと前記出力ディスクとの間に配置され且つ前記入力ディスクから前記出力ディスクへトルクを伝達する傾転可能なパワーローラ、前記出力ディスクに駆動連結された出力軸、及び前記ロックアップクラッチの締結期間中に目標変速比を目標エンジン回転数と実エンジン回転数の差に応答してフィードバック制御し、エンジン回転数を適正な所定の回転数を保つように変速させるコントローラ、から成るトロイダル型無段変速機。
【請求項２】
前記入力軸と前記入力ディスクとの間にはローディングカムが介在している請求項１に記載のトロイダル型無段変速機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、自動車等に適用されるトロイダル型無段変速機に関し、特に、ロックアップクラッチ付きトルクコンバータのタービン軸に駆動連結したトロイダル変速部を備えたトロイダル型無段変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図１に示すように、エンジン１からの動力を伝達する伝動装置は、ロックアップクラッチ付きトルクコンバータを備えた駆動系にトロイダル型無段変速機を設けたものが知られている。エンジン１からの動力は、ロックアップクラッチ１２、トルクコンバータ２、トルクコンバータ２とロックアップクラッチ１２との出力側のタービン軸３を通じてトロイダル型無段変速機を構成するローディングカム４を通じて入力ディスク６に伝達される。トロイダル型無段変速機では、入力ディスク６に伝達された動力は、入力ディスク６から入力連結軸５を介して別の入力ディスク６に伝達され、次いで、入力ディスク６、パワーローラ７、出力ディスク８及び出力歯車９を通じて出力軸１０へ伝達される。トロイダル型無段変速機において、変速は入力ディスク６と出力ディスク８に挟まれたパワーローラ７は入力ディスク６と出力ディスク８とのトロイド面を構成する円弧の中心を軸（傾転軸）１１に傾転し、入力ディスク６と出力ディスク８のパワーローラ７との接触点の回転半径比を変化させることにより行う。
【０００３】
また、上記伝動装置は、トルクコンバータ２を発進要素として使用し、発進後は伝達効率向上の目的でロックアップクラッチ１２を締結させるが、無段変速機においては一般的な有段式の自動変速機に比べ低い車速でロックアップクラッチ１２を締結させることができる。即ち、自動変速機では、１速や２速等の低速段では変速の頻度が高く、変速の度にロックアップクラッチ１２をオン・オフさせることになり、フィーリング上の問題からロックアップクラッチ１２を締結させることができないが、無段変速機ではロックアップクラッチ１２を締結したまま変速できるので、低速段に相当する変速比からロックアップクラッチ１２を締結することができ、結果的に低い車速からロックアップクラッチ１２を締結させることができる。
【０００４】
従来のトロイダル型無段変速機において、例えば、図６に示すように、車速、アクセル開度等の情報をもとにして、目標変速比ｅ０を算出し（ステップ３１）、ロックアップクラッチ１２のオン・オフを判断する（ステップ３２）。ロックアップクラッチ１２がオンの場合には、目標変速比ｅ０に応じたＶＬ／Ｕを決定し（ステップ３２）、ロックアップクラッチ１２の制御アクチュエータ２１にＶＬ／Ｕを決定し（ステップ３３）、トロイダル変速部１４への変速比制御アクチュエータ２２に変速信号を出力する（ステップ３５）。ロックアップクラッチ１２がオフの場合には、目標変速比ｅ０に応じたＶＬ／Ｕを決定することなく（ステップ３４）、トロイダル変速部１４への変速比制御アクチュエータ２２に変速信号を出力し（ステップ３５）、変速制御の処理が終了する。
【０００５】
しかしながら、低速段に相当する変速比でロックアップクラッチ１２を締結させるため、トルクコンバータ２の出力軸であるタービン軸で構成されている入力軸３上での車両重量の等価慣性モーメントが小さくなるため、継合時のショックが大きくなる。即ち、タービン軸上に換算した慣性モーメントが小さくなるので、タービン軸上に加えられた外乱、即ち、ロックアップクラッチの締結でエンジン回転数が低下する際に生じる反力により車両全体に生じる加速度、即ち、継合時のショックが大きくなることを示す。このことは、手動変速機において、４速や５速よりも１速や２速の方が加速やエンジンブレーキの利きが良いことと同様である。自動変速機では、従来から継合時のショックを軽減する目的で継合時に半クラッチ状態の時間を延ばす制御が実施されているが、無段変速機ではロックアップクラッチ１２を締結させる車速が低く締結・解放の頻度が多いため、半クラッチ状態の時間を延ばすと、ロックアップクラッチ１２の耐久性が低下するので適用できない。或いは、ロックアップクラッチ１２を従来の単板式から多板式に変更するなどの容量アップの必要があり、コストアップの要因となる。
【０００６】
従来、ロックアップトルコン付き無段変速機として、例えば、特開平４−２７７３５７号公報に開示されている。該公報に開示された動力伝達装置は、減速装置が配設された第１経路と無段変速機が配設された第２経路を備え、第１経路と第２経路との切り換えが経路切換クラッチを断続させて行うものである。
【０００７】
また、車両用無段変速機の制御装置として、例えば、特開平４−２８２０６８号公報に開示されたものがある。該車両用無段変速機の制御装置は、直結クラッチを有する流体式伝動装置を有し、目標入力軸回転速度と実際の入力軸回転速度とを一致させるように変速比を制御すると共に、直結クラッチの係合開始に際しては目標入力軸回転速度を所定値だけ高め、その後、該目標入力軸回転速度を徐々に減少させるものであり、直結クラッチの係合完了検出手段と、該係合完了検出手段により係合完了が検出された場合には、係合完了に関連して発生が予測されるエンジン回転速度値の変化方向と反対側に前記目標入力軸回転速度を変更する目標入力軸回転速度変更手段とを含むものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ロックアップトルコン付き無段変速機は、最大減速状態から増速側へのシフトアップの開始をロックアップクラッチ継合開始と同時期に行い、ロックアップクラッチ継合ショックと変速開始によるショックが２回になることを防止するものであるが、本来存在するロックアップクラッチ継合ショックを低減することができないものである。一般的に、トロイダル型無段変速機では、変速比の制御にサーボ機構を用いているので、コントロールバルブが動作すると、ほぼ同時に変速を開始するのに対して、ロックアップクラッチはトルクコンバータ内でロックアップクラッチピストンの背面、即ち、フェージングがトルクコンバータフロントカバーに接触した時に、ロックアップクラッチが継合を開始するため、ピストンの背面の油を排出しながらストロークするのに時間を要するため、トロイダル変速部の変速に比較して応答性が悪化するという避けられない問題を有している。
【０００９】
また、上記車両用無段変速機の制御装置は、ロックアップクラッチ継合時に一時的に減速側へ変速するためショックを低減する効果としては有効であるが、ロックアップクラッチ継合時にエンジン回転数が低下するという問題がある。
【００１０】
そこで、トロイダル型無段変速機において、ロックアップクラッチ１２の締結時に、変速比を締結前よりも減速側に変速させ、ロックアップクラッチ１２の耐久性を損なうことなく、ロックアップクラッチ継合時のショックを軽減することが考えられる。例えば、図５に示すように、車速、アクセル開度等の情報をもとにして、目標変速比ｅ０を算出し（ステップ２１）、ロックアップクラッチ１２のオン・オフを判断する（ステップ２２）。ロックアップクラッチ１２がオンの場合には、前回のロックアップクラッチ１２のオン・オフを判断し（ステップ２３）、また、ロックアップクラッチ１２がオフの場合には、処理はステップ２６へと移行する。ステップ２３において、ロックアップクラッチ１２がオフであれば、ステップ２２でロックアップクラッチ１２がオフからオンへ直結した状態であるので、そこで、目標変速比ｅ０を所定の変速比補正量Δｅ分だけ減速側へ補正する（ステップ２４）。目標変速比ｅ０の補正量Δｅは、予めスロットル開度等に対応したテーブルに記憶してあるマップを用いるか、或いはエンジン回転、車速、変速比等のセンサー検出値からトルクコンバータ２の速度比を求めて補正量を算出することもできる。次いで、ロックアップクラッチ１２のオン・オフを判定結果のＶＬ／Ｕを決定し（ステップ２５）、更に目標変速比ｅ０に応じたＶｅを決定し（ステップ２７）、決定したＶｅとＶＬ／Ｕを出力し（ステップ２８）、トロイダル変速部１４の変速処理は終了する。
【００１１】
上記のように、トロイダル型無段変速機を図５の処理フロー図に示すような制御を行うと、ロックアップクラッチ１２の継合時のショックは、短い時間にトルクコンバータ２の速度比が変化することにより発生し、変速機全体が増速側に変速したのと同様の挙動を示すので、これを打ち消すようにトロイダル変速部を減速側に変速することで、ロックアップクラッチ１２の継合時のショックを低減できる。即ち、上記のような制御を行ったトロイダル型無段変速機では、低い車速でトルクコンバータ２のロックアップクラッチ１２を締結させるときの継合ショックを軽減でき、継合時間を延ばさずに継合ショックを軽減することができるので、ロックアップクラッチ１２の耐久性を悪化させることがなく、更に、ロックアップクラッチ１２のオン・オフの切り換えをソレノイド弁により行っているオン・オフ制御で良いので、安価なオン・オフ弁で十分であり、装置自体を安価に構成できるものとなる。
【００１２】
トロイダル型無段変速機では、ロックアップクラッチ１２のショックはロックアップクラッチ１２が非締結状態から締結完了までの短い時間にエンジン回転数がその回転慣性に逆らって低下することにより車両がその反力を受け、正の加速度を生じることによるものである。このことは、自動変速機がシフトアップするときにエンジン回転数が低下すると共にシフトショックを感じるのと同様である。即ち、ロックアップクラッチ継合前後のエンジン回転数の差、エンジン回転数の低下量が大きければ大きいほど、また、エンジン回転数が低下するのにかかる継合時間が短ければ短いほど、車両に生じる加速度は大きくなるので、ロックアップクラッチ継合時のショックは悪化する。
【００１３】
また、ロックアップクラッチ１２は、一般的に継合時間が長くなるにつれて耐久性は低下するものであり、一般の手動変速機において半クラッチ状態を長く続けると早期にクラッチが摩耗するのと同様である。更に、ロックアップクラッチ１２のショックを低減するには変速時間を延ばすか、エンジン回転数の低下量を小さくすれば良いことが分かる。しかしながら、ロックアップクラッチ１２の継合時間を延ばすと、ロックアップクラッチ１２の耐久性を損なうという相関関係になっている。これに対して、エンジン回転数の低下量を小さくすれば、ロックアップクラッチ１２の継合時間を延ばすことなく、継合時のショックを低減できると考えられる。
【００１４】
しかしながら、従来のトロイダル型無段変速機では、一般に、トルクコンバータのロックアップクラッチ締結時は、タービンランナ背面の油圧をドレンさせるため、ソレノイド等へ締結信号を出力した後、実際にクラッチが締結開始するまでのタイムラグが生じるが、これに比較してトロイダル変速部の応答が速いため、ロックアップクラッチ締結信号の出力と同時にシフトダウン信号を出力すると、ロックアップクラッチ締結前にシフトダウンされ、その後、ロックアップクラッチが締結されるので、ショック軽減の効果が十分に得られないという問題がある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は、ロックアップクラッチ締結がトロイダル変速部の変速応答より遅れることが原因で継合ショックが発生するが、ロックアップクラッチ締結動作中に目標エンジン回転数と実エンジン回転数との差をフィードバックし、エンジン回転数を所定の回転数に保つように制御し、それによってロックアップクラッチ継合時のショックを低減すると共に、ロックアップクラッチの耐久性を悪化させないようにするトロイダル型無段変速機を提供することである。
【００１６】
この発明は、ロックアップクラッチを備えたトルクコンバータ、該トルクコンバータの出力側タービン軸と駆動連結した入力軸、該入力軸と一体に回転する入力ディスク、該入力ディスクに対向して配置された出力ディスク、対向する前記入力ディスクと前記出力ディスクとの間に配置され且つ前記入力ディスクから前記出力ディスクへトルクを伝達する傾転可能なパワーローラ、前記出力ディスクに駆動連結された出力軸、及び前記ロックアップクラッチの締結期間中に目標変速比を目標エンジン回転数と実エンジン回転数の差に応答してフィードバック制御し、エンジン回転数を適正な所定の回転数を保つように変速させるコントローラ、から成るトロイダル型無段変速機に関する。また、前記入力軸と前記入力ディスクとの間にはローディングカムが介在されている。
【００１７】
この発明によるトロイダル型無段変速機は、上記のように、ロックアップクラッチの締結期間中に目標変速比を目標エンジン回転数と実エンジン回転数の差に応答してフィードバック制御し、エンジン回転数を適正な所定の回転数を保つように変速させたので、ロックアップクラッチ継合時の締結ショックを低減でき、耐久性を向上できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明によるトロイダル型無段変速機の実施例について説明する。図１はこの発明によるトロイダル型無段変速機の一実施例を示す概略構造図、図２はこのトロイダル型無段変速機を制御するコントローラの概念を示すブロック図、図３はこのトロイダル型無段変速機の制御の一実施例を示す処理フロー図、及び図４はロックアップクラッチとトロイダル変速部との油圧回路の一実施例を示す回路図である。
【００１９】
このトロイダル型無段変速機は、２組のトロイダル変速部１４を同一軸上に対向して配置したダブルキャビティ式のトロイダル型無段変速機である。一対のトロイダル変速部１４は、入力ディスク６、入力ディスク６に対向して配置された出力ディスク８、入力ディスク６と出力ディスク８との間に配置された両ディスク６，８の球面凹状のトロイダル面に摩擦係合するパワーローラ７から構成されている。一対の入力ディスク６は入力連結軸５で互いに連結され、また、一対の出力ディスク８は出力連結軸１５で互いに連結されている。入力連結軸５は、出力連結軸１５の中空孔を貫通して配置されている。各トロイダル変速部１４には、パワーローラ７は２個ずつ設けられている。パワーローラ７は、それぞれ自己の回転軸線１３の周りに回転自在であり、且つ回転軸線１３に直交する傾転軸線１１の周りに傾転運動する。
【００２０】
入力軸３はケーシング（図示せず）に回転自在に支持され、エンジン１のトルクはトルクコンバータ２を介してそのタービン軸である入力軸３に入力される。入力軸３と一対の入力ディスク６との間には、ローディングカム４が設けられている。ローディングカム４は、トロイダル変速部１４の入力ディスク６を出力ディスク８に向けてトルク伝達可能に押圧するとともに、別のトロイダル変速部１４の入力ディスク６を出力ディスク８に向けて押圧するものである。ローディングカム４は、入力軸３に固着されたカム板１６と、カム板１６のカム面１７と入力ディスク６の背面に形成されたカム面１８との間に介在された複数個のローディングカム４で構成されている。入力軸３の回転に伴ってカム板１６が回転すると、カム板１６のカム面１７によって、ローディングカム４が入力ディスク６のカム面１８に押圧される。ローディングカム４はカム板１６と入力ディスク６とに噛み合い、入力ディスク６は入力連結軸５と一体となって回転する。
【００２１】
出力ディスク８の背面には、入力連結軸５を挿通した中空軸の出力連結軸１５の一端が固着され、出力連結軸１５の中間部には出力歯車９が固着され、軸受（図示せず）を介して回転自在にケーシングに支持されている。また、出力ディスク８の背面側に背中合わせに出力連結軸１５で連結された別の出力ディスク８が対向して配置されている。出力歯車９は出力軸１０に設けた出力歯車１９に噛み合っている。このトロイダル型無段変速機の作動について、エンジン１の駆動に伴って、入力軸３にトルクが入力されると、そのトルクはローディングカム４を介して入力ディスク６に伝達される。トルクが入力ディスク６に伝達されると、入力ディスク６は回転し、その回転によってパワーローラ７が回転し、その回転が出力ディスク８に伝達する。このトルクの伝動中に、それぞれのトロイダル変速部１４のパワーローラ７を傾転軸線１１周りに傾転させる制御を行うと、パワーローラ７と入力ディスク６及び出力ディスク８との摩擦係合点が変化して、無段変速が行われる。
【００２２】
このトロイダル型無段変速機は、上記の構成において、ロックアップクラッチ１２の締結ショックを軽減し、耐久性を向上させるため、次のように制御される。図２及び図４に示すように、コントローラ２０の指令でロックアップクラッチ１２は制御アクチュエータ２１によって継合又は解放され、また、コントローラ２０の指令でトロイダル変速部１４の変速比は制御アクチュエータ２２によって制御される。制御アクチュエータ２１は、コントローラ２０の指令で作動するソレノイド弁２４によってロックアップコントロールバルブ２３を作動することによって作動される。また、制御アクチュエータ２２、コントローラ２０の指令で作動するソレノイド弁２６によってトロイダル変速部１４のコントロールバルブ２５を作動することによって作動される。
【００２３】
このトロイダル型無段変速機は、図３の処理フロー図に示すように、まず、車速、アクセル開度、エンジン回転数等の情報を基にして目標変速比ｅｒを算出する（ステップ１）。そこで、上記情報に基づいてロックアップクラッチ１２を継合するべきか否かの判断を、所定のサイクル（例えば、２０ｍｓｅｃ）で繰り返し実行し、ロックアップクラッチ１２が締結状態にすべきか又は非締結状態にするべきかのオン・オフの判断をする（ステップ２）。ロックアップクラッチ１２が締結すべきオン状態である場合には、ロックアップクラッチ１２の締結のための信号ＶＬ／Ｕを決定し（ステップ３）それを出力する（ステップ４）。次いで、前回（１サイクル前の実行）のロックアップクラッチ１２が締結状態であったか又は非締結状態であったかのオン・オフの判断をする（ステップ５）。ステップ２において、ロックアップクラッチ１２が非締結状態のオフである場合には、ロックアップクラッチ１２の締結制御を行わないので継合ショックを受けることがなく、そこで、コントローラ２０に信号を決定して出力することなく（ステップ１１，１２）、メインルーチンに戻る処理を行う。
【００２４】
ステップ５において、前回のロックアップクラッチ１２が締結したオン状態であった場合には、ロックアップクラッチ１２が締結した状態を継続しているので、ロックアップクラッチ１２の締結制御を行わないので締結ショックは発生しない。そこで、コントローラ２０に信号を発することなく、メインルーチンに戻る処理を行う。ステップ５において、前回のロックアップクラッチ１２が非締結状態であった場合には、ロックアップクラッチ１２を始めて締結制御する締結開始であると判断し、コントローラ２０はロックアップクラッチ１２の締結制御を行うための信号ＶＬ／Ｕを出力し、タイマｔを０にリセットする（ステップ６）。次いで、目標エンジン回転数Ｎｅｒとエンジン回転数Ｎｅとの比Ｒｅ（＝Ｎｅｒ／Ｎｅ）を求め、目標変速比ｅｒを比Ｒｅに応じた変速比Δｅ分だけ補正する（ステップ７）。目標変速比ｅｒを所定の変速比補正量Δｅ分だけ補正し、これに応じた信号Ｖｅを決定し（ステップ８）、前記信号Ｖｅをトロイダル変速部１４に出力し（ステップ９）、所定の条件を満たすまで、例えば、ロックアップクラッチ締結開始から一定時間ｔｅｎｄ経過するまで、ステップ７〜９の処理を繰り返し、その後、ロックアップクラッチ締結終了と判断してメインルーチンに戻る処理を行う。
【００２５】
このトロイダル型無段変速機の上記制御において、ロックアップクラッチ継合時のショックは短い時間にトルクコンバータ２の速度比が変化し、例えば、０．８→１．０と変化し、エンジン回転数が変化することにより発生するので、これを打ち消すように、トロイダル変速部１４の速度比を制御することで、ロックアップクラッチ継合時のショックを低減できる。また、目標エンジン回転数Ｎｅｒは、予め車速、スロットル開度（アクセル開度）等に対応したテーブルに記憶されているものである。
【００２６】
【発明の効果】
この発明によるトロイダル型無段変速機は、上記のように、ロックアップクラッチの締結期間中に目標変速比を目標エンジン回転数と実エンジン回転数の差に応答してフィードバック制御し、エンジン回転数を適正な所定の回転数を保つように変速させるので、低い車速でトルクコンバータのロックアップクラッチを締結させるときの継合ショックを軽減することができる。また、このトロイダル型無段変速機は、フィードバック制御によってエンジン回転数を適正な回転数に保つことができる制御をするので、きめ細かく高精度に、また継合時間を延ばさずに継合ショックを軽減でき、可及的に零に近づけることができ、それによって、ロックアップクラッチの耐久性を損ねることがない。また、このトロイダル型無段変速機は、ロックアップクラッチのオン・オフの切り換えをソレノイド弁により行っている場合、オン・オフ制御で良く、安価なオン・オフ弁で良く、ソレノイド自体を安価に構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるトロイダル型無段変速機を示す概略構造図である。
【図２】このトロイダル型無段変速機を制御するコントローラの概念を示すブロック図である。
【図３】このトロイダル型無段変速機の制御の一実施例を示す処理フロー図である。
【図４】ロックアップクラッチとトロイダル変速部との油圧回路の一実施例を示す回路図である。
【図５】トロイダル型無段変速機の制御の一例を示す処理フロー図である。
【図６】従来の別のトロイダル型無段変速機の制御を示す処理フロー図である。
【符号の説明】
２    トルクコンバータ
３    入力軸
４    ローディングカム
６    入力ディスク
７    パワーローラ
８    出力ディスク
１０  出力軸
１２  ロックアップクラッチ
１４  トロイダル変速部
２０  コントローラ
【図１】
0003709597.tif 000002
【図２】
0003709597.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0003709597.tif 000006
【図６】
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