(57)【要約】【課題】  ディスクの耐久性低下の程度を正確に判定してトロイダル型無段変速機の全体としての耐久性を向上させる。【解決手段】  入力ディスクと出力ディスクとの間に挟み込んだ転動部材を介してこれら各ディスクの間でトルクを伝達するとともに一方のディスクの回転数に対する他方のディスクの回転数の比率を連続的に変化させるトロイダル型無段変速機の変速制御装置において、前記トロイダル型無段変速機に対する入力トルクもしくはその入力トルクに応じて定まる物理量に基づいて、前記いずれかのディスクもしくは転動部材の耐久性を低下させる入力負荷を変速比に対応させて求める入力負荷算出手段（ステップＳ３）と、求められた前記入力負荷に基づいて所定の変速比の設定の禁止を判定する禁止判定手段（ステップＳ５）とを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力ディスクと出力ディスクとの間に挟み込んだ転動部材を介してこれら各ディスクの間でトルクを伝達するとともに一方のディスクの回転数に対する他方のディスクの回転数の比率を連続的に変化させるトロイダル型無段変速機の変速制御装置において、
前記トロイダル型無段変速機に対する入力トルクもしくはその入力トルクに応じて定まる物理量に基づいて、前記いずれかのディスクもしくは転動部材の耐久性を低下させる入力負荷を変速比に対応させて求める入力負荷算出手段と、
求められた前記入力負荷に基づいて所定の変速比の設定の禁止を判定する禁止判定手段と
を備えていることを特徴とするトロイダル型無段変速機の変速制御装置。
【請求項２】
前記入力負荷算出手段は、前記入力負荷を、前記入力トルクもしくは入力トルクに応じて定まる物理量に基づいて前記いずれかのディスクもしくは転動部材に生じる応力と、その応力の繰り返し数とに基づいて求める手段を含むことを特徴とする請求項１に記載のトロイダル型無段変速機の変速制御装置。
【請求項３】
前記所定の変速比の設定が禁止された場合に、該所定の変速比に近い他の変速比であって、前記入力負荷に基づく設定の禁止が判定されていない変速比を前記所定の変速比に代替して指示する代替指示手段を更に備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のトロイダル型無段変速機の変速制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、互いに対向させて配置した入力側のディスクと出力側のディスクとの間にローラなどの転動部材を挟み込み、その転動部材を介して各ディスクの間でトルクを伝達するとともに、転動部材の各ディスクに対する姿勢を変化させるなどのことによって、各ディスクと転動部材との間のトルクの伝達部位の半径位置すなわち各ディスクの回転中心軸線からの半径を変化させて変速比を無段階に変化させるトロイダル型無段変速機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のトロイダル型無段変速機は、ディスクと転動部材であるローラとの間の摩擦力あるいは両者の間に介在させたトラクションオイルの剪断力を利用してトルクを伝達する。したがって伝達可能なトルクすなわち伝達トルク容量は、ローラと各ディスクとの間に作用する垂直荷重あるいは圧力に応じた容量となる。そのため、例えば車両の変速機として使用した場合には、発進時や加速時などにエンジンが大きいトルクを出力するので、そのトルクを確実に伝達するために、無段変速機における上記の圧力（すなわち挟圧力）が増大させられる。
【０００３】
一方、ローラは、各ディスクの回転中心軸線を通る平面に平行な平面に対して傾転するように、すなわち各ディスク側の端部が各ディスクの半径方向での内外に移動するように配置される。したがって、各ディスクとローラとの間のトルクの伝達は、極めて小さい面積の範囲でおこなわれる。そして、そのローラは、ディスクの円周方向に等間隔に二個もしくは三個配置されている。そのため、各ディスクがローラを挟み付けることによる荷重（圧力）が、ディスクの狭い面積の範囲に作用し、またトルクを伝達している状態ではディスクおよびローラが回転しているから、その荷重あるいは圧力の掛かる箇所が連続的に変化する。例えば、変速比が一定に維持されている場合、各ディスクの特定の半径の位置にローラが係合することになるが、ディスクとローラとの間のトルク伝達部位、すなわち前記の荷重もしくは圧力の作用する部位が、その半径の位置で連続的に変化する。
【０００４】
このように、トロイダル型無段変速機では各ディスクとローラとの間でトルクを伝達することに伴う荷重もしくは圧力の掛かる部位が小さい面積の範囲となるとともに、ディスクおよびローラが回転することによりその部位が連続的に変化し、しかも前記荷重あるいは圧力が大きいので、ディスクやローラに繰り返し荷重により耐久性を低下させるおそれがある。そこで例えば特許文献１に記載された発明では、変速比の使用頻度、すなわち各ディスクの特定の部位の使用の頻度に基づいて、所定の変速比を設定することを定期的もしくは不定期的に禁止している。
【特許文献１】特開２００２−１０６６６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１に記載された発明では、ディスクにおける特定の部位のみの耐久性低下が進行してしまうことを回避するために、変速比の使用頻度に基づいてその変速比の使用を定期的もしくは不定期的に禁止することとしている。しかしながら、耐久性の低下は、繰り返し数だけでなく応力によっても進行するので、使用頻度が低くても、応力が大きい場合や累積使用回数が多い場合には、耐久性低下を大きく進行させてしまう可能性がある。
【０００６】
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、耐久性低下の程度あるいはその進行の程度を正確に判定してトロイダル型無段変速機の信頼性や耐久性を向上させることのできる変速制御装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、入力ディスクと出力ディスクとの間に挟み込んだ転動部材を介してこれら各ディスクの間でトルクを伝達するとともに一方のディスクの回転数に対する他方のディスクの回転数の比率を連続的に変化させるトロイダル型無段変速機の変速制御装置において、前記トロイダル型無段変速機に対する入力トルクもしくはその入力トルクに応じて定まる物理量に基づいて、前記いずれかのディスクもしくは転動部材の耐久性を低下させる入力負荷を変速比に対応させて求める入力負荷算出手段と、求められた前記入力負荷に基づいて所定の変速比の設定の禁止を判定する禁止判定手段とを備えていることを特徴とする変速制御装置である。
【０００８】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明における前記入力負荷算出手段が、前記入力負荷を、前記入力トルクもしくは入力トルクに応じて定まる物理量に基づいて前記いずれかのディスクもしくは転動部材に生じる応力と、その応力の繰り返し数とに基づいて求める手段を含むことを特徴とする変速制御装置である。
【０００９】
さらに、請求項３の発明は、請求項１または２の構成に加えて、前記所定の変速比の設定が禁止された場合に、該所定の変速比に近い他の変速比であって、前記入力負荷に基づく設定の禁止が判定されていない変速比を前記所定の変速比に代替して指示する代替指示手段を更に備えていることを特徴とする変速制御装置である。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、ディスクもしくは転動部材の耐久性を低下させる入力負荷が、無段変速機に対する入力トルクもしくはその入力トルクに応じた物理量に基づいて求められ、その入力負荷が大きい場合、あるいは入力負荷の累積量が大きい場合など、入力負荷に基づいて所定の変速比を設定することを禁止する判定がおこなわれる。したがって、耐久性低下の増大した部位に更に継続して負荷が掛かるなどの事態を防止もしくは抑制でき、特定部位の耐久性低下の進行を防止もしくは抑制することができる。
【００１１】
また、請求項２の発明によれば、入力負荷を応力とその繰り返し数に基づいて求めるので、耐久性低下に影響する入力負荷を正確に求めることができる。
【００１２】
さらに、請求項３の発明によれば、所定の変速比を設定することを禁止する判定が成立した場合には、その変速比に近い変速比であって前記入力負荷に基づく設定禁止の判定が成立していない他の変速比が代替的に指示されるので、駆動力や動力源回転数などの要求されている走行状態に近い状態を設定でき、その結果、無段変速機の耐久性の低下を防止もしくは抑制できると同時に、車両の走行性能の低下を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
つぎに、この発明を具体例に基づいて説明する。図２はシングルキャビティ式のトロイダル型無段変速機もしくはダブルキャビティ式のトロイダル型無段変速機における一方のキャビティを模式的に示しており、入力ディスク１と出力ディスク２とが同一軸線上で対向して配置され、これらのディスク１，２の対向面の間に転動部材であるパワーローラ３が挟み込まれて配置されている。各ディスク１，２の対向面は、湾曲した線分をディスク１，２の中心軸線を中心に回転させた場合の軌跡として生じる湾曲面すなわちトロイダル面をなしており、図２に示す例では、対向面同士の間隔が、外周側で最も広くなるいわゆるハーフトロイダル型をなしている。これらのディスク１，２の間に挟み込まれるパワーローラ３は、トラクションオイルの油膜を介してディスク１，２に接触するように構成されており、その接触領域が狭くなるように、かつ接触領域でディスク１，２との滑りが生じないように、外周面の断面形状がディスク１，２の前記対向面の断面形状における湾曲形状に一致する円弧面とされている。
【００１４】
各ディスク１，２とパワーローラ３とのトルクの伝達は、加圧することによりガラス転移するトラクションオイルの剪断力を利用しておこなわれ、したがって各ディスク１，２がパワーローラ３を挟み付ける圧力（以下、挟圧力という）に応じてトルク容量が設定される。この挟圧力は、無段変速機が伝達するべきトルクすなわち入力トルクに応じて設定され、そのための機構としては、いずれか一方のディスク１（もしくは２）の背面側に設けた油圧シリンダあるいはトルクを軸線方向の推力に変換するカムプレート（それぞれ図示せず）などの従来知られている機構を採用することができる。
【００１５】
ハーフトロイダル型の無段変速機の場合、各ディスク１，２がパワーローラ３を強く挟み付けることにより、パワーローラ３に対してこれを外周側に押し出す荷重が作用する。この荷重に耐えてパワーローラ３を所定の位置に保持するために、またパワーローラ３を前後動させて変速を生じさせるために、各パワーローラ３はトラニオン（図示せず）に回転自在に保持されている。そのトラニオンは従来知られている構造と同様の構造のものである。
【００１６】
この発明に係るトロイダル型無段変速機は車両の変速機として使用することができ、例えば図２に示すように、入力ディスク１が、発進クラッチやトルクコンバータなどの伝動機構４を介してエンジンなどの動力源５に連結される。これに対して出力ディスク２は、例えばその外周に設けられたギヤ６を介して出力ギヤもしくは出力軸などの出力部材７に連結される。
【００１７】
図２に示す無段変速機では、入力ディスク１が回転することにより、その正面にトラクションオイルを介して接触しているパワーローラ３にトルクが伝達され、そのパワーローラ３からトラクションオイルを介して出力ディスク２にトルクが伝達される。その際に伝達されるトルクは、前述したように、各ディスク１，２によるパワーローラ３の挟圧力に応じたトルクとなる。このようにしてトルクを伝達している状態で、パワーローラ３をその回転面に沿う方向に前進移動もしくは後退移動させると、各ディスク１，２に対するトラクションオイルを介した接触点（もしくは接触部位）におけるディスク１，２の運動方向とパワーローラ３の運動方向とが相違することにより、パワーローラ３を傾転させるサイドフォースが生じ、パワーローラ３が傾く。その結果、入力ディスク１からパワーローラ３に対してトルクを伝達する箇所の半径（ディスク１，２の中心軸線からの距離）と、パワーローラ３から出力ディスク２に対してトルクを伝達する箇所の半径（ディスク１，２の中心軸線からの距離）とが変化し、変速が生じる。なお、パワーローラ３が傾転した場合、その傾転動作に伴ってパワーローラ３がトラニオンと共に中立位置（前記サイドフォースの生じない位置）に復帰するようになっている。
【００１８】
このように、パワーローラ３が各ディスク１，２の対向面における特定の部位にトラクションオイルを介して接触することにより、各ディスク１，２の間でトルクが伝達され、かつ所定の変速比が設定される。そして、トルクの伝達される部位には、挟圧力もしくは入力トルクに応じた圧力が作用する。さらに、パワーローラ３は、一対のディスク１，２あるいは一つのキャビティについて二つもしくは三つ設けられるので、各ディスク１，２の対向面のうちパワーローラ３がトラクションオイルを介して接触する部分には、一回転で二回もしくは三回、トルク伝達に伴う荷重が繰り返し作用する。
【００１９】
このようにして各ディスク１，２の対向面に作用する応力が耐久限度以上の応力であれば、ディスク１，２の耐久性低下を次第に進行させることになる。その耐久性低下は設定される変速比に応じて特定の部位で進行しやすくなるので、この発明の変速制御装置は、局部的な耐久性低下を抑制し、これによって無段変速機全体としての耐久性を向上させるようにするために、以下の制御をおこなうように構成されている。
【００２０】
図１はその制御の一例を説明するためのフローチャートであって、このフローチャートで表されるルーチンは所定の短時間毎に繰り返し実行される。先ず、設定されている変速比、入力トルク、挟圧力を設定している油圧に基づいて、接触点応力Ｐhmaxが求められる（ステップＳ１）。ここで、変速比は実際に設定されている変速比であって、無段変速機についての電子制御装置（図示せず）から出力される変速信号によって求められてもよく、あるいは各ディスク１，２の実際の回転数から演算して求めたものであってもよい。
【００２１】
また、入力トルクは、動力源が内燃機関の場合にはスロットル開度に基づいて演算し、あるいはこれにトルクコンバータでの速度比による補正をおこなって求めてもよく、あるいは動力源が電動機の場合にはインバータに対する指令信号や電動機に対する供給電流に基づいて求めてもよい。さらに、挟圧力は、各ディスク１，２がパワーローラ３を実際に挟み付ける圧力を検出して求めてもよく、あるいは入力トルクを安全率が“１”の状態で伝達できる理論挟圧力（もしくは限界挟圧力）を求め、これに外乱などを見込んだ所定の安全率を掛けて算出してもよい。
【００２２】
また一方、接触点応力Ｐhmaxは、パワーローラ３がトラクションオイルを介して接触している部位すなわちトルクの伝達が生じる箇所に掛かる応力である。この接触点応力Ｐhmaxは、上記の各検出データを使用して、予め用意した演算式によって求めてもよく、あるいは上記の各検出データをパラメータとしたマップを予め用意しておき、そのマップに基づいて接触点応力Ｐhmaxを求めてもよい。
【００２３】
パワーローラ３と各ディスク１，２とを所定の力Ｆcで押し付けた場合の圧力分布と接触形状とはヘルツの理論より算出でき、その接触形状は一般的に楕円となり、その接触部での最大ヘルツ圧力Ｐmaxは、
Ｐmax＝３Ｆc／２πａｂ
となる。ここで、ａは接触楕円における長軸方向の半径、ｂは接触楕円の短軸方向の半径である。そして、これらの半径ａ，ｂは、接触楕円における長軸方向をｙ軸、短軸方向をｘ軸とした場合、接触部におけるパワーローラ３およびディスク１，２のｘ軸およびｙ軸方向の各曲率半径などから算出することができる。また、前記の所定の力Ｆcは、ディスク１，２がパワーローラ３を挟み付ける挟圧力に応じた力であるから、結局、最大ヘルツ圧力Ｐmaxを理論式によって算出することができ、その最大ヘルツ圧力Ｐmaxから接触点応力Ｐhmaxが求まる。
【００２４】
つぎに繰り返し数が算出される（ステップＳ２）。前述したように、各ディスク１，２での応力は、パワーローラ３との間でトルクを伝達することにより生じ、そのパワーローラ３が一対のディスク１，２について二つもしくは三つ設けられているので、上記の接触点応力Ｐhmaxは、ディスク１，２が一回転する間に二回もしくは三回発生する。ステップＳ２ではその回転数を算出する。したがってこの繰り返し数は、変速比や入力回転数あるいは車速などに基づいて求めることができる。
【００２５】
さらに、上記の接触点応力Ｐhmaxと繰り返し数とを使用して、マイナ則により各変速比毎の入力負荷が算出される（ステップＳ３）。ここで、マイナ則は、従来知られているように、変動応力下の疲労寿命を予測する線形累積被害則であり、耐久限界（疲労限度）以上の応力範囲における疲労寿命をＮiとし、その繰り返し数をｎiとすると、
Σｎi／Ｎi＝Ｄ
で表される。このＤを入力負荷とすることができる。
【００２６】
無段変速機部（ディスクおよびパワーローラ）の転動に対する耐久性は、耐久試験などによって求められ、この耐久性は、応力ー繰り返し数曲線（いわゆるＳ−Ｎ線図）の形でまとめられる。ここで、応力Ｓは接触楕円応力Ｐhmaxとしてまとめられる。その一例を図３に示してあり、縦軸にストレスＱを取り、横軸に繰り返し回数Ｎを取ると、対象とする部材に使用されている金属の特性として疲労の限界を示すＳ−Ｎ線が求まる。そのストレスＱは、ここで説明している実施例では、面圧あるいは最大接触点応力Ｐhmaxである。その代表値Ｐ0を適宜に採ると、Ｓ−Ｎ線から限界回数（耐久性強度）Ｎ0が求まる。これを利用して耐久性の低下を判定することができる。
【００２７】
例えば、上記の代表値Ｐ0より小さい面圧Ｐ1が所定の回数Ｎ1、作用したとすると、これらの面圧Ｐ1および回数Ｎ1で定まる点を通り、かつ上記のＳ−Ｎ線に平行な線Ｌ1を引き、その線Ｌ1上における前記代表値Ｐ0の点（前記線Ｌ1と代表値Ｐ0から水平に引いた線との交点）での回数Ｎ2を読みとる。この回数Ｎ2は、上記の所定の面圧Ｐ1が所定回数Ｎ1繰り返した場合を、代表値Ｐ0での繰り返し回数に置き換えたものである。したがってこうして求められた回数Ｎ2が、耐久性強度Ｎ0に対する耐久性の低下の度合いになる。そこで、各面圧についてこの回数Ｎ2を累積して入力負荷とし、これと耐久性強度との比率（入力負荷／耐久性強度）を各変速比毎に求め（ステップＳ４）、この比率が予め設定してある一定値（しきい値）を超えた場合に、その変速比の使用が禁止される（ステップＳ５）。
【００２８】
無段変速機を搭載した車両では、アクセル開度や車速などの走行状態に基づいて目標入力回転数が求められ、実際の入力回転数がその目標入力回転数に一致するように無段変速機の変速比が制御される場合があるが、上記のステップＳ５では、このようにして定まる変速比が、入力負荷に基づいて禁止されている値の場合には、その変速比に近い値の他の変速比であって、入力負荷に基づく禁止の判定がおこなわれていない他の変速比が代替的に出力される（ステップＳ５）。すなわち、他の変速比に置換することにより、所定の変速比が禁止される。
【００２９】
したがって、上記の図１に示す制御を実行するように構成したこの発明による変速制御装置によれば、特定の変速比での応力が大きい場合や応力の繰り返し数が大きい場合など、ある程度以上の疲労が累積した状態が検出されると、その変速比の使用が禁止されるため、それ以上に疲労が累積されることが無く、特定部位のみの耐久性の低下が防止できる。また、特定部位のみの耐久性の低下によって無段変速機全体が使用できなくなることが避けられるため、結果的には、無段変速機全体の耐久性を向上させることとなる。さらに、この発明による変速制御装置によれば、耐久性の低下を正確に検出もしくは判定できるので、特定部位が使用可能であるにも関わらずその特定部位によって設定される変速比が禁止されるなどの事態を未然に防止でき、その結果、車両の動力性能やドライバビリティなどが損なわれることを防止もしくは抑制することができる。
【００３０】
ここで、この発明と上記の具体例との関係を簡単に説明すると、上記のステップＳ３の機能的手段が、この発明の入力負荷算出手段に相当し、ステップＳ５の機能的手段が、この発明の禁止判定手段に相当する。さらに、ステップＳ５において他の変速比を代替的に指示する手段が、この発明の代替指示手段に相当する。
【００３１】
なお、この発明は上記の具体例に限定されない。すなわち、上記の具体例では、変速比、入力トルク、挟圧力、繰り返し数に基づいて入力負荷を求めたが、入力トルクはスロットル開度に基づいて求まり、また挟圧力は入力トルクもしくはスロットル開度に応じた圧力に設定されるので、これらの入力トルクに応じて定まる物理量に基づいて入力負荷を求めてもよい。また、上記の具体例では、接触点応力Ｐhmaxおよび繰り返し数を求めたが、これに替えて、接触点応力を領域に分けて予め用意し、それぞれの領域に属する運転時間に基づいて入力負荷を算出することとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明に係る制御装置で実行される制御ルーチンの一例を説明するためのフローチャートである。
【図２】この発明で対象とするトロイダル型無段変速機の一例を示す模式図である。
【図３】Ｓ−Ｎ線を用い、マイナ則に基づく入力負荷の求め方を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…入力ディスク、  ２…出力ディスク、  ３…パワーローラ。
【図１】
2006046584.tif 000003
【図２】
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【図３】
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