JPH0582509B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、効率の高い無段変速機として各種の
産業分野で広く利用可能な流体機械式変速機に関
するものである。

［従来の技術］ 流体ポンプ／モータを用いた無段変速機とし
て、いわゆる流体圧伝動装置（HST）が知られ
ている。しかしながら、このものは、無段変速性
に優れてはいるが、効率が必ずしも良くなく、速
度範囲も満足でない。そのため、かかるHSTと
差動歯車機構とを併用し、動力の伝達をHSTと
差動歯車機構とに分担させることにより、前記
HSTの無段変速性と、歯車伝動の高効率性とを
共に発揮させ得るようにした流体機械式変速機
（HMT）が開発され公表されている｛参考文献、
油圧工学（石原智男編 朝倉書房）、ピストンポ
ンプモータの理論と実際（石原貞男著 コロナ
社）｝。すなわち、このものは、第１、第２、第３
の入出力端を有しその第１の入出力端と第２の入
出力端との間を通過する低速側の機械式伝動系ま
たは第１の入出力端と第３の入出力端との間を通
過する高速側の機械式伝動系を形成する差動機構
と、この差動機構の第２の入出力端に一方の流体
ポンプ／モータの入出力軸を接続するとともに前
記第３の入出力端に他方の流体ポンプ／モータの
入出力軸を接続しこれら両ポンプ／モータによつ
て可変速の流体式伝動系を形成する流体伝動機構
と、前記低速側の機械式伝動系の伝動端を入力側
または出力側に設けた共通回転要素に接離させる
低速用のクラツチと、前記高速側の機械式伝動系
の伝動端を前記共通回転要素に接離させる高速用
のクラツチとを具備してなり、前記両クラツチを
背反的に切換えることによつて、低速モードまた
は高速モードのいずれかを選択し得るように構成
されている。

ところが、このような構成のものでは、モード
切換時にシヨツクが生じ易いという問題がある。
すなわち、このものは、入力される動力の一部を
歯車等による機械式伝動系を介して直接出力側へ
伝達するとともに、残りの動力を前記流体ポン
プ／モータによる流体式伝動系を介して出力側へ
導いて前記機械式伝動系の動力に合流させるよう
になつている。この場合、前記流体式伝動系は、
負荷がかかると前記流体ポンプ／モータの内部に
おける差動流体の漏れや液圧回路の弾性の影響等
により回転出力が機械式伝動系よりも遅れ気味に
なる傾向がある。そして、かかる構成のもので
は、後述するように、モードを切換えた段階で対
をなす流体ポンプ／モータのポンプおよびモータ
としての役割が相互に入れ替わるため、前述した
遅れによる影響が逆に作用することになる。その
ため、例えば、低速モードから高速モードに切り
替える際に、単に高速側の機械式伝動系の伝動端
の回転速度が低速側の機械式伝動系の伝動端の回
転速度と同一になつた瞬間、あるいは、同一にな
つた後、一定時間が経過した段階で前記低速用の
クラツチを解除すると同時に高速用のクラツチを
つなぐようにしたのでは、低速側の機械式伝動系
から共通回転要素にトルクが伝達されている状態
が突然に断たれ、システム全体のバツクラツシユ
的な不定空転領域を瞬間的に吸収した後に高速側
の機械式伝動系から共通回転要素にトルクが伝達
されるという状態に移行する。そのため、その切
換時に瞬間的に大きな機械的シヨツクが発生する
ことが少なくない。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、モード切換時にシヨツクが発
生するという問題を比較的簡単な構成により確実
になくすことにある。

［問題を解消するための手段］ 本発明は、かかる目的を達成するために、前述
したようなモード切換方式を採用した流体機械式
変速機において、前記両機構式伝動系の伝動端の
回転速度を検出する速度検出手段と、前記両伝動
端におけるトルクの伝達状態を検出するトルク検
出手段と、前記速度検出手段により検出される前
記各伝動端の回転速度が等しくなつた時に前記両
クラツチをつなぐとともに前記トルク検出手段に
より検出されるトルクの伝動状態が相互に入れ替
わるまで前記流体伝動機構の変速比を補正制御し
その補正が完了した時点で伝達トルクが消勢した
側のクラツチを解除する制御手段とを具備させた
ことを特徴とするものである。

［作用］ 低速モードでは、差動機構の第１の入出力端と
第２の入出力端との間を通過する低速側の機械式
伝動系の伝動端が低速用のクラツチを介して出力
側または入力側に設けた共通回転要素に接続さ
れ、入力される動力の一部がこの機械式伝動系を
通して直接に出力される。また、残りの動力は、
流体伝動機構により形成される流体式伝動系を通
して出力側へ導かれるが、この場合、一方側の流
体ポンプ／モータがモータとして働くとともに、
他方側の流体ポンプ／モータがポンプとしての機
能を発揮する。

また、高速モードでは、差動機構の第１の入出
力端と第３の入出力端との間を通過する高速側の
機械式伝動系の伝動端が前記共通回転要素に接続
され、入力される動力の一部がこの機械式伝動系
を通して直接に出力される。また、残りの動力
は、流体伝動機構により形成される流体式伝動系
を通して出力側へ導かれるが、この場合、前記各
流体ポンプ／モータのポンプおよびモータとして
の役割が、先程とは入れ替わる。

そして、前記低速モードから前記高速モードへ
の切換時には、次のような作用が営まれる。すな
わち、まず、低速用のクラツチのみがつながつて
いる状態で高速側の機械式伝動系の伝統端の回転
速度が低速側の機械式伝動系の伝動端の回転速度
と等しくなると、前記低速用のみならず高速用の
クラツチも接続状態になる。しかる後に、低速用
の機械式伝動系と共通回転要素との間のトルク伝
動状態が消滅し高速用の機械式伝動系と前記共通
回転要素との間でトルクの伝達が行われるように
なるまで、流体式伝動系の変速比が補正され、次
に、低速用のクラツチが解除される。高速モード
から低速モードに切換る場合には、その逆の作用
が営まれる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図および第２図
を参照して説明する。

本発明に係る流体機械式変速機は、第１図に概
略的に示すように、第１、第２、第３の入出力端
１，２，３を有しその第１の入出力端１と第２の
入出力端２との間を通過する低速側の機械式伝動
系ａまたは第１の入出力端１と第３の入出力端３
との間を通過する高速側の機械式伝動系ｂを形成
する差動機構４と、この差動機構４の第２の入出
力端２に固定容量形の流体ポンプ／モータ５の入
出力軸５ａを接続するとともに前記第３の入出力
端３に可変容量形の流体ポンプ／モータ７の入出
力軸７ａを接続しこれら両ポンプ／モータ５，７
によつて可変速の流体式伝動系Ａ，Ｂを形成する
流体伝動機構８と、前記低速側の機械式伝動系ａ
を介して入力側と出力側とが直結される低速モー
ドまたは前記高速側の機械式伝動系ｂを介して入
力側と出力側とが直結される高速モードのいずれ
かを選択するモード切換機構９とを具備してな
る。

差動機構４は、円周方向に等配に設けた複数の
プラネタリギヤ４ａの内側にサンギヤ４ｂを配設
するとともに、外側にリングギヤ４ｃを噛合させ
てなる遊星歯車式のものである。そして、前記各
プラネタリギヤ４ａを軸承するギヤリテーナ４ｄ
の中心部を前記第１の入出力軸１とし、この入出
力端１に入力軸１３を設けている。また、前記サ
ンギヤ４ｂの支軸４ｅを前記第２の入出力端２と
し、この入出力端２にギヤ１４を固着している。
さらに、前記リングギヤ４ｃのボス部４ｆを前記
第３の入出力端３とし、この入出力端３にギヤ１
５を設けている。

また、前記流体伝動機構８は、前記固定容量形
の流体ポンプ／モータ５と、可変容量形の流体ポ
ンプ／モータ７とを通常のHSTと同様に液圧回
路１６を介して直列に接続したものであり、前記
流体ポンプ／モータ５の入出力軸５ａを前記サン
ギヤ４ｂ支軸４ｅに直結するとともに、前記流体
ポンプ／モータ７の入出力軸７ａをギヤ１７を介
して前記リングギヤ４ｃに連結している。

また、前記モード切換機構９は、前記第２の入
出力端２のギヤ１４に噛合し前記低速側の機械式
伝動系ａの伝動端となる低速ギヤ１８と共通回転
要素たる出力軸１９との間に低速用のクラツチ２
１を介設するとともに、前記第３の入出力端３の
ギヤ１５に噛合し前記高速側の機械式伝動系ｂの
伝動端となる高速ギヤ２２と前記出力軸１９との
間に高速用のクラツチ２３を介設したものであ
る。

このような変速機において、さらに、前記両機
械式伝動系ａ，ｂの伝動端たる低速ギヤ１８およ
び高速ギヤ２２の回転速度を検出する速度検出手
段２４と、前記両ギヤ１８，２２におけるトルク
の伝達状態を検出するトルク検出手段２５と、前
記速度検出手段２４により検出される前記各ギヤ
１８，２２の回転速度が等しくなつた時に前記両
クラツチ２１，２３をつなぐとともに前記トルク
検出手段２５により検出されるトルクの伝動状態
が相互に入れ替わるまで前記流体伝動機構８の変
速比を補正制御しそ補正が完了した時点で伝達ト
ルクが消勢した側のクラツチ２１または２３を解
除する制御手段２６とを設けている。

詳述すれば、速度検出手段２４は、対をなす速
度センサ２４ａ，２４ｂを具備してなるもので、
一方の速度センサ２４ａは、低速ギヤ１８の回転
速度を、また、他方の速度センサ２４ｂは高速ギ
ヤ２２の回転速度をそれぞれ検出して電気信号に
変換するようになつている。

また、トルク検出手段２５は、対をなす圧力セ
ンサ２５ａ，２５ｂを具備してなる。一方の圧力
センサ２５ａは、前記流体伝動機構８の液圧回路
１６における低速時高圧回路部１６ａ、つまり、
低速モードを選択している際に高圧になる側の回
路部分の圧力を検出し電気信号に変換するように
なつている。また、他方の圧力センサ２５ｂは、
前記流体伝動機構８の液圧回路１６における高速
時高圧回路部１６ｂ、つまり、高速モードを選択
している際に高圧になる側の回路部分の圧力を検
出し電気信号に変換するようになつている。

また、制御手段２６は、前記可変容量形の流体
ポンプ／モータ７の容量を変化させるためのアク
チユエータ２７、このアクチユエータ２７および
前記クラツチ２１，２３を制御するコンピユータ
２８とを具備してなる。アクチユエータ２７は、
電油サーボ機構等により構成されており、前記流
体ポンプ／モータ７が斜板形あるいは斜軸形のも
のである場合には、その斜板角度あるいは斜軸角
度を変化させ、また、前記流体ポンプ／モータ７
がラジアルピストン形あるいは特開昭58−77179
号公報に示すような静圧バランス形のものである
場合には、そのピントルの偏心位置を変化させる
ようになつている。また、前記コンピユータ２８
は、中央演算処理装置（CPU）２９と、各種の
メモリ３０と、インターフエイス３１とを具備し
てなる通常のマイクロコンピユータシステムによ
り構成されており、そのインターフエイス３１に
は、前記各回転センサ２４ａ，２４ｂおよび前記
各圧力センサ２５ａ，２５ｂからの信号が入力さ
れるとともに、該インターフエイス３１から、前
記アクチユエータ２７および前記クラツチ２１，
２３に供給する指令信号が出力されるようになつ
ている。そして、このコンピユータ２８のメモリ
３０の一部には、次のようなプログラムが格納し
てある。すなわち、まず、低速用のクラツチ２１
のみがつながつている低速モードから、高速ギヤ
２２の回転速度が低速ギヤ１８の回転速度に近づ
いていき、ついにその回転速度が一致した場合に
は、それを確認した時点で、高速用のクラツチ２
３にも接続指令信号を出力し、両クラツチ２１，
２３を接続状態にする。そして、その時点におけ
る前記両圧力センサ２５ａ，２５ｂの検出値Ｐ、
Ｑを前記メモリ３０に一時的に記憶させる。しか
る後に、前記アクチユエータ２７に向けて補正用
の差動指令信号を出力し、前記アクチユエータ２
７を作動させる。そして、その作動を、前記両圧
力センサ２５ａ，２５ｂの検出値が先ほどメモリ
３０に記憶させた値と逆転するまで続行させる。
そして、その検出値が逆転した時点で、前記アク
チユエータ２７を停止させるとともに、低速用の
クラツチ２１を解除させ、高速モードに移行させ
る。また、高速モードから低速モードへ切換える
際にも以上の説明に準じた手順で、クラツチ２
１，２３の切換えおよびアクチユエータ２７の作
動を実行するようにしてある。

そして、この実施例では、前記作動機構４の第
１の入出力端１に設けた入力軸１３にエンジン等
からの回転動力が入力されるとともに、前記モー
ド切換機構９を介して前記差動機構４の第２また
は第３の入出力端２，３に接続される出力軸１３
から回転動力が出力され車両の駆動輪等に伝達さ
れるようになつている。

次いで、この実施例の差動を説明する。

低速クラツチ２１をつなぎ高速クラツチ２３を
解除した低速モードでは、前記差動機構４の第１
の入出力端１と第２の入出力端２との間を通過す
る低速側の機械式伝動系ａを介して入力側と出力
側とが直結され、入力された動力の一部がこの機
械式伝動系ａを通して出力軸１９に直接に伝達さ
れる。このとき、第２図に示すように、前記可変
容量形の流体ポンプ／モータ７はポンプとして機
能し、前記固定容量形の流体ポプ／モータ５はモ
ータとして働く。すなわち、前記差動機構４の第
３の入出力端３の回転力が前記可変容量形流体ポ
ンプ／モータ７と前記固定容量形流体ポンプ／モ
ータ５との間に形成される流体式伝動系Ａを通し
て前記出力軸１９に伝えられる。そして、この低
速モードにおいては、前記可変容量形流体ポン
プ／モータ７の容量を増加させていくことによつ
て前記入力軸１３の回転速度に対する前記出力軸
１９の回転速度が増大していくことになる。換言
すれば、前記可変容量形の流体ポンプ／モータ７
の容量が零の場合には、差動機構４の第３の入出
力端３が略空転状態になるため、該差動機構４の
第２の入出力端２に接続した出力軸１９は略停止
している。そして、前記流体ポンプ／モータ７の
容量を増大させていくのに伴なつて、前記第３の
入出力端３の回転速度が相対的に減少し、第２の
入出力端２の回転速度が相対的に増大していくこ
とになる。

そして、前記第２の入出力端２と前記第３の入
出力端との回転速度が等しくなつた時点で後述す
るような切換動作が実行され、高速モードに切換
わる。

この高速モードでは、前記差動機構４の第１の
入出力端１と第３の入出力端３との間を通過する
機械式で銅系ｂが形成され、入力された動力の一
部がこの機械式伝動系ｂを通して出力軸１９に直
接に伝達される。このとき、第２図に示すよう
に、前記可変容量形の流体ポンプ／モータ７はモ
ータとして機能し、前記固定容量形の流体ポン
プ／モータ５はポンプとして働く。すなわち、前
記差動機構４の第２の入出力端２の回転力が前記
固定容量形流体ポンプ／モータ５と前記可変容量
形流体ポンプ／モータ７との間に形成される流体
式伝動系Ｂを通して前記出力軸１９に伝えられ
る。そして、この高速モードにおいては、前記可
変容量形流体ポンプ／モータ７の容量を、減少さ
せていくことによつて前記入力軸１３の回転速度
に対する前記出力軸１９の回転速度が増大してい
くことになる。換言すれば、モータとして作動し
ている前記流体ポンプ／モータ７の容量を減少さ
せていくことによつて、第３の入出力３の回転速
度が相対的に増大し、第２の入出力端２の回転速
度が相対的に減少することになる。

ここで、低速モードから高速モードへ切換る際
の作動を説明する。高速ギヤ２２の回転速度が低
速ギヤ１８の回転速度に近づいていき、ついにそ
の回転速度が一致した時点で、制御手段２６から
高速用のクラツチ２３にも接続指令信号を出力さ
れ、両クラツチ２１，２３が接続状態となる。そ
して、その時点における前記両圧力センサ２５
ａ，２５ｂの検出値Ｐ、Ｑがメモリ３０に一時的
に記憶される。しかして、この段階では、まだ、
低速側機械式伝動系ａの低速ギヤ１８から共通回
転要素たる出力軸１９にトルクが伝達されてお
り、高速側の機械式伝動系ｂの高速ギヤ２２から
前記出力軸１９へのトルク伝達はなされていな
い。しかる後に、前記コンピユータ２８から前記
アクチユエータ２７に向けて補正用の作動指令信
号が出力され、前記アクチユエータ２７が容量減
少方向へ作動させられる。そして、その作動は、
前記両圧力センサ２５ａ，２５ｂの検出値が先ほ
どメモリ３０に記憶させた値と逆転するまで続行
される。つまり、圧力センサ２５ａの検出値がＰ
（高圧）で圧力センサ２５ｂの検出値がＱ（低圧）
であつた状態から、圧力センサ２５ａの検出値が
Ｑで圧力センサ２５ｂの検出値がＰになる状態に
まで、前記流体ポンプ／モータ７の容量が補正さ
れる。しかして、その過程で、前記流体ポンプ／
モータ５，７のポンプおよびモータとしての役割
が完全に入れ替わることになり、低速ギヤ１８か
ら出力軸１９に伝達されていたトルクが消滅し
て、高速ギヤ２２から前記出力軸１９にトルクが
伝達される状態となる。この時点で、前記アクチ
ユエータ２７の補正作動が停止され、低速用のク
ラツチ２１が解除されて高速モードに移行する。
また、高速モードから低速モードへ切換える際に
も以上の説明に準じた手順で、クラツチ２１，２
３の切換えおよびアクチユエータ２７の作動が実
行される。

したがつて、このようなものであれば、モード
切換点において、回転速度およびトルが連続的に
つながることになり、シヨツクのない円滑なモー
ド切換えが可能となる。しかも、このものはクラ
ツチ２１，２３の切換えタイミングを制御すると
ともに、流体伝動機構８の変速比を若干補正制御
するようにしただけのものであるため、構成も比
較的簡単であり、実施が容易である。

なお、差動機構は、遊星歯車式のものに限られ
ないが、遊星歯車式のものにすれば、コンパクト
化を図ることが容易となる。

さらに、流体伝動機構も、前記のものに限られ
ないのは勿論であり、例えば、対をなす流体ポン
プ／モータを共に可変容量形のものにする等、本
発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能で
ある。

また、トルク検出手段の構成は、前記のものに
限られないのは勿論であり、例えば、機械式伝動
系の伝動端たる低速ギヤおよび高速ギヤに作用す
るトルクをトルクピツクアツプを用いて直接に検
出するようにしてもよいが、前記のような圧力検
出方式によれば、簡単かつ正確にトルクの伝動状
態が切換つたのを検出することができる。

また、制御手段は、電子式のコンピユータを用
いたものに限定されるものではなく、油圧論理回
路を備えた流体式の制御装置を用いてもよい。

さらに、前記実施例では、入力側に差動機構を
配した入力分割方式のものについて説明したが、
本発明は必ずしもこのようなものに限定されるも
のではなく、例えば、出力分割方式のものにも同
様に適用が可能である。

［発明の効果］ 本発明は、以上のような構成であるから、モー
ド切換時に発生するシヨツクを比較的簡単な構成
により確実になくすことができる優れた流体機械
式変速機を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す系路説明図、
第２図は同実施例の作用説明図である。 １……第１の入出力端、２……第２の入出力
端、３……第３の入出力端、４……差動機構、５
……一方の流体ポンプ／モータ、５ａ……入出力
軸、７……他方の流体ポンプ／モータ、７ａ……
入出力軸、８……流体伝動機構、１８……伝動端
（低速ギヤ）、１９……共通回転要素、２１……低
速用のクラツチ、２２……伝動端（高速ギヤ）、
２３……高速用のクラツチ、２４……回転検出手
段、２５……トルク検出手段、２６……制御手
段、ａ……低速側の機械式伝動系、ｂ……高速側
の機械式伝動系、Ａ，Ｂ……流体式伝動系。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 第１、第２、第３の入出力端を有しその第１
   の入出力端と第２の入出力端との間を通過する低
   速側の機械式伝動系または第１の入出力端と第３
   の入出力端との間を通過する高速側の機械式伝動
   系を形成する差動機構と、この差動機構の第２の
   入出力端に一方の流体ポンプ／モータの入出力軸
   を接続するとともに前記第３の入出力端に他方の
   流体ポンプ／モータの入出力軸を接続しこれら両
   ポンプ／モータによつて可変速の流体式伝動系を
   形成する流体伝動機構と、前記低速側の機械式伝
   動系の伝動端を入力側または出力側に設けた共通
   回転要素に接離させる低速用のクラツチと、前記
   高速側の機械式伝動系の伝動端を前記共通回転要
   素に接離させる高速用のクラツチとを具備してな
   り、前記両クラツチを背反的に切換えることによ
   つて、低速モードまたは高速モードのいずれかを
   選択し得るように構成した流体機械式変速機にお
   いて、前記両機械式伝動系の伝動端の回転速度を
   検出する速度検出手段と、前記両伝動端における
   トルクの伝達状態を検出するトルク検出手段と、
   前記速度検出手段により検出される前記各伝動端
   の回転速度が等しくなつた時に前記両クラツチを
   つなぐとともに前記トルク検出手段により検出さ
   れるトルクの伝動状態が相互に入れ替わるまで前
   記流体伝動機構の変速比を補正制御しその補正が
   完了した時点で伝達トルクが消勢した側のクラツ
   チを解除する制御手段とを具備してなることを特
   徴とする流体機械式変速機。