JPS61116165A

JPS61116165A - 自動車用無段変速機

Info

Publication number: JPS61116165A
Application number: JP23701284A
Authority: JP
Inventors: Masanori Honjo; 雅則本城
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1984-11-09
Filing date: 1984-11-09
Publication date: 1986-06-03

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、変速比を連続的に変更できる自動車用無段
変速機、特に変速比の最適制御に必要となるエンジン出
力トルクを、非接触トルク検出器により直接計測するよ
うにした自動車用無段変速機に関するものである。

〔従来の技術〕

無段変速機を自動車に適用する目的は、運転者による変
速操作の解放、変速時ショックの解消等ドライバビリテ
ィの向上もさることながら、エンジンの燃料消費率を低
（押え、燃費の向上を図ることにある。自動車用エンジ
ンはほげ定トルク出力機関と考えられるから、変速機を
用いないで低車速から高車速まで必要な駆動力を得るこ
とは不可能である。なぜなら９発進時には大きな始動ト
ルクを要求されるのに対し、高速域ではそれほど大きな
トルクを必要としないからである。

そこで、従来はギアを用いた有段変速機を手動または自
動により変速すなわちトルク変換を行ない９円滑な発進
特性を得るとともに高速域において燃費の向上を実現し
ようとした。

しかし、エンジンを最小の燃料消費率で運転しつつ、車
速を任意に変更することは、従来の有段変速機を用いる
限り不可能でめった。そこで、この欠点を解消する目的
で、変速比を連続的に変更できる無段変速機が自動車に
応用されたが、エンジンを最小の燃料消費率で運転し、
必要なトルクを発生させるためには、エンジン回転数、
エンジン出力トルクおよび変速比の総合制御が必要とな
る。

第４図は従来の無段変速機を用いた動力伝達装置を示す
図である。図において、（１）はエンジン。

（２）はこのエンジンの出力を断続するクラッチ、（３
）はこのクラッチを介して上記エンジン（１）に接続さ
れた入力軸、（４）はこの入力軸と一体に形成された入
力端固定プーリ、（５）は出力軸（６）と一体に形成さ
れた出力側固定グー＋７　、　＋７１　、　（８１は上
記各固定ブー１月４１．ｆ５＋に対向配置された可動プ
ーリでおり、そしてこの可動ブー１月７）および（８）
はそれぞれ上記入力軸（３）および出力軸（６）の軸方
向に移動できるものとなっている。また上記各固定グー
１月４）および（５）と可動グー１月７）および（８）
の対抗面はそれぞれ軸方向距離が半径方向外周に向うに
つれて太き（なるようにテーバが施されている。つまり
、固定グー１月４）と可動グー１月７）とにより、溝幅
可変のＶ字溝を有する入力側プーリを構成し、固定ブー
１月５）と可動ブー１月８）とにより、溝幅可変のＶ字
溝を有する出力側プーリを構成することになる。（９）
は入力側可動プーリ（７）と一体形成されたシリンダで
、固定壁Ｈとともに油室Ｉを構成する。α３はこの油室
ａ１１内の作動油の漏洩を防止するため、上記シリンダ
（９）と固定壁（１１との摺動面に設けられた０リング
。

ａｉｆ′ｉ上記入力側ブーＩＪ　＋４１．　（７Ｒ：　
出力（［１１７’　−ＩＪ　＋５１゜（８）との間に巻
き掛けられたゴム製あるいは金属製のＶベルトで、入力
軸（３）のエンジン出力トルクを出力軸＋６１へ伝達す
る。ａ４は一端を固定壁α９に、他端を出力側可動プー
リ（８）のボス部ａｅに固定したリターンスプリング、
ａｎは出力軸（６）と一体となったドライブギアで、デ
ィファレンシャルギアａ■のリングギアαυと歯車結合
し、ドライブシャフト■を駆動する。

次に動作について説明するが、その前にエンジンの出力
と燃料消費について簡単に説明する。第５因において、
横軸に二にジン回転数（ｒｐｍ）、縦軸にエンジントル
ク（ｋｇ・ｍ）ｔとる。図中の破線はｇＱ、　ｇｉ　、
　ｇ２・・・ｇ５はエンジン出力の等しい点を結んだ等
馬力線（ｐｓ）、実線ｆＯ、ｆｉ　、　ｆ２”’ｆ５は
等燃料消費率曲線（ＦＥ７′ＰＳ６　Ｈ）で、単位エネ
ルギを出力するために必要な燃料重量の等しい点を結ん
だものである。燃費の向上という点からみれば、燃料消
費率の小さい動作点でエンジンを駆動することが望まし
く、一般に、　ｔｏ＜ｆｌ＜・・・＜ｆｓであるから、
同一のエンジン出力でもエンジンの動作点を燃料消費率
の小さい範囲例えばｆＱ内で駆動するよう制御すればよ
い。即ち第５図中の一点鎖線は同一エンジン出力での最
小燃料消費率を結んだものであるが、このライン上でエ
ンジンを駆動させることが燃費の点から望ましいという
ことになる。

第４図において、Ｉ２υはエンジン回転数とエンジン出
力トルクを入力し、最適の変速比に見合う出力を導出す
る制御装置である。エンジン回転数は。

入力側固定ブー１月４）の入力軸（３）上に設けた歯車
状の突起列のが、を磁ピックアップ検出部のを単位時間
に通過する歯数を計測することにより検出する。また、
エンジン出力トルクは、第６図に示すようにインテーク
マニホールド負圧と一定の関係がらるので、インテーク
マニホールド−内の圧力を圧力センサ（ハ）により計測
し、エンジン出力トルクに見合う出力を検出する。そし
て、上記制御装置Ｑυは、アクセルペダル（至）の踏み
込み量と比例するアクセルポジションセンサ頷の出力を
運転者■の要求出力とし、その時の最小燃料消費率とな
るエンジン作動点と、上記計測したエンジン回転数およ
びエンジン出力トルクからなるエンジン作動点とを比較
する。もし９両作動点が一致していなければ、制御装置
Ｑυはエンジン作動点を一致させるようスロットルアク
チュエータ（ハ）および電磁バルブωを制御する。いま
エンジンの作動点が第５図中のＡ点であれば、制御装［
０υは変速比Ｒ（−を電磁パルプ艶へ送る。この制御信
号を受けて電磁パルプＧＯは、油圧ポンプＧ１１からの
作動油を油路（至）を経由して上記した油室αυに導び
き、入力側可動グー１月７）を軸方同左へ移動させる。

その結果。

入力端ブー１月４１ｉ７１のベルト巻掛半径は大きくな
る◎この変位に伴なって、出力側グー１月５１．（８１
におけるＶベルトα罎の側圧が増加するため、出力側可
動グー１月８）はリターンスプリングα４のバネ力に抗
して軸方向へ移動する。その結果、エンジン作動点は破
線ｇ２上をＡ点からＰ点へ移動を開始し。

制御装置Ｑυは圧力センサ（至）からの変換トルク値が
Ｐ点に相当するところまで変速制御を行なう。逆に、エ
ンジン作動点がＢ点であれば、制御装置Ｑυは変速比丘
を大きくする方向の制御信号を電磁バルブ■へ送る結果
、油室αυ内の作動油は油路（至）。

電磁バルブ■、油路（至）を経由してオイルリザーバ（
ロ）へ還流する。その結果、入力端可動グー１月７）が
軸方同右へ移動すると同時に、出力側可動プーリ（８）
はリターンスプリングα蜀のバネ力により右へ移動し、
制御装置Ｑυは圧力センサ（ト）からの変換トルク値が
Ｐ点に相半するところまで変速制御を行なうＯ〔発明が解決しようとする問題点〕以上のように、無段変速機を最小燃料消費率線上で駆動
させるためには、常時エンジントルクおよびエンジン回
転数を検出し、エンジン作動状態を把握することが必要
で、もし最適作動状態からのずれが発生すれば、エンジ
ン作動点を最小燃料消費率線上に移動させるべ（変速制
御を行なう必要がある。ところで上記した従来装置では
、エンジントルクの検出をインテークマニホールド内の
圧力からエンジントルクを換算して求める方法をとって
いた。この方法は粛易ではあるが、エンジントルクの変
動があっても直接該インテークマニホールド圧の変動を
もたらすものではないので時間的遅れを生じ、また誤差
も大きい。無段変速機を用いた動力伝達装置は最初にも
述べたように。

ドライバビリティ向上のほか燃費の向上も大きな技術的
要素となる。したがって、エンジン作動状態を厳密に把
握し、高速から精度の高い制御を行なうことが必要とな
るため、エンジントルクの高速かつ高精度の検出が不可
欠である。さらに、ターボチャージャ付エンジンにおい
ては、インテークマニホールド圧からエンジントルクを
換算検出することは不可能である。このようにインテー
クマニホールド圧から間接的罠エンジントルクを検出し
、これを制御パラメータとして用いる従来装置では変速
制御の高精度、高速性を期待することはできず、最適制
御による低燃費化も期待できな（′″Ｏこの発明は、かかる問題点を解決するためになさｎたも
ので、精度のよい、かつ応答速度の速い無段変速機を得
ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明による自動車用無段変速機は、耐振性。

耐温性にすぐれた磁気ひずみ効果を利用した非接触トル
ク検出器によりエンジン出力トルクを直接的に検出し、
このトルク値により高速制御するものである。

〔作用〕

この発明は、高速比の最適制御に必要となるエンジン出
力トルクを非接触トルク検出器により直接計測し、この
トルク値を別に検出したエンジン回転数とともに制御装
置に入力し、この制御装置の出力により正確かつ応答性
よく変速制御するものである。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示す図であり。

図において（至）はクラッチ（２）を介して入力軸（３
）に接続されるエンジンクランク軸、ｍはこのエンジン
クランク軸の外周に設けた非接触トルク検出器であり、
クランク軸（至）に加わるトルク値を電気信号例変換し
、これを制御装置ｃ！ｎへ入力する。制御装ｆｉｔｆｕ
ｌけこのトルク検出器（至）により直接計測したエンジ
ントルク値、！磁ピックアップのにより検出したエンジ
ン回転数およびアクセルペダル（至）の踏み込み量を検
出するアクセルポジションセンサ（財）の出力値から既
述の方法により、エンジン（１）および無段変速機の最
適制御を行なう。

第２図はこの発明に用いられるトルク検出器（至）の動
作原理を説明するための図である。一般に。

磁性材に応力を加えると、その磁気特性が変化すること
はよく知られており、引張り応力によって透磁率は増加
し、圧縮応力によって透磁率は減少する。ところで、第
２図に示すように、エンジンクランク軸（至）にトルク
Ｔが加わると、その中心軸（ロ）に対し＋４５°方向に
最大応力σが生じる。つまり中心軸０７＋に対し＋４５
°方向の角度をもつ線上に最大の引張り応力σが、−４
５°方向の角度をもつ線上に最大の圧縮応力−σが生じ
る。従って、上記線上に細長い磁性材全固着すれば、ト
ルクが加わった時の磁気ひずみ効果を利用したトルクの
検出が可能となる。磁性材を上記のように中心軸（支）
に対して＋４５°方向に固着すれば、印加トルクに対す
る透磁率変化の感度が最大となるが、必ずしもその角度
に限定する必要はない。一般に、応力による磁性材のひ
ずみ量に対する透磁率の変化は。

あるひずみ量以上になると飽和してしまう。従って９例
えば非常に大きなトルクを検出する場合には、その傾き
を４５６方向からずらせて感度を落とすことにより、そ
の線形領域を広げるようにすればよい。

第３図はこの発明に用いられるトルク検出器国の構造例
を示す図であり、特に一番感度の高い＋４５°方向に細
長い磁性層を固着した場合の図である。図において、＠
、（至）は高磁歪材からなる第１及び第２の磁性層であ
り、互いに対称に、この実施例では第１の磁性層は中心
軸筒に対して＋４５゜方向に、第２の磁性層は一４５°
方向に細長い磁性材を多数条クランク軸外周に固着して
形成している。これらの各磁性層（至）、Ｇ９の材質と
しては軟磁性で高磁気ひずみ特性を持つものが望ましく
１例えば非晶斎金属がよい。何故なら７非晶質金属は高
磁気ひずみ特性を持ち機械的強度にもすぐれているから
である。３Ｇはクランク軸（至）と所定のギャップを隔
てて設けられたクランク軸器と則−の中心軸を持つ非磁
性材からなる円筒状コイルボビン。

何υはこのコイルボビンを所定位置に支持するための軸
受、（４ｚは上記第１の磁性層（至）を包囲するように
コイルボビンｑＯに巻回された第１の検出コイル。

（ト）は上記第２の磁性層（至）を色囲するようにコイ
ルボビン（４ａに巻回された第２の検出コイルである。

上記検出コイルリ、け３は、トルク印加時に生じる上記
第１及び第２の磁性層（至）、Ｑの透磁率変化をインダ
クタンス変化として電気信号に変換するためのものであ
る。

いま、軸（至）にトルクが加わっていない状態では。

上記第１及び第２の磁性層の透磁率は等しいため。

上記検出コイル（４２，ｆ４３のインダクタンスも等し
く。

従って、その差は零となる。さて、第３図に示すような
方向にトルクＴが印加されると、各磁性層（至）、（至
）は十分細長い形状をしているので、第１の磁性層（至
）はほとんど引張り応力を受けてその透磁率は大きくな
り、第２の磁性層（至）は逆にほとんど圧縮応力を受け
て透磁率は小さくなる。従って。

検出コイル（４２のインダクタンスは大きく、検出コイ
ル（ハ）のインダクタンスは小さくなるため、その差を
とれば印加トルクの犬ぎさに比例した正の信号を得るこ
とができる。逆方向のトルクが印加された場合は、　Ｐ
１様に印加トルクの大きさに比例した負の信号が得られ
る。

ところで、クランク軸（至）には、使用状態によっては
９時としてねじりトルクの他に曲げ応力が加わることが
あり、これも磁性層の透磁率の変化をひきおこす原因と
なり、測定誤差の要因の１つとなる。

しかし１本トルク検出器（至）においては、２つの対称
に固着された磁性層を設けており１曲げ応力は第１及び
第２の磁性層（至）、（至）で同様に加わるのでその透
磁率変化は同一方向となり、上記のように２つの磁性層
の透磁率変化の差を取れは１曲げ応カンこよる影響は互
いに相殺され、ねじりトルクによる出力だけが得られる
。周囲温度変化による磁性材の特性の変化も同様の理由
で相殺される。

なお、上記実施例では、トルク検出器ｃ１６１をエンジ
ンクランク軸（至）の外周に取り付けたものを示したが
、入力軸（３ンあるいは出方軸（６１の外周に取っ付け
ても同様の効果を発揮し得る。しかし、出力軸（６；の
外周に取り付ける場合にはエンジントルクを求めるため
に出力軸（６）の回転数を検出する必要があり、入力軸
（３）の突起列（ハ）と電磁ピックアップのと同様の構
成を有する突起列−と電磁ピックアップ（ハ）を追加す
る必要がある。この出力軸の回転数を検出することによ
り、変速比Ｒからエンジントルクを換算し、算出するこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、エンジントルクを、エ
ンジンからのトルクを受ける受動軸から直接計測するも
のとしへら、高速かつ高精度にエンジントルクを検出で
き、したがって、変速応答性および変速精度の高い無段
変速機を得ることができる。また、ターボチャージャ付
エンジンのようなインテークマニホールド負圧を利用で
きな〜・エンジンにも適用できるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す図、第２図はこの発
明に用いられるトルク検出器の動作原理を説明するため
の図、第３図はこの発明に用いられるトルク検出器の構
造例を示す図、第４図は従来装置を示す図、第５図およ
び第６図は無段変速機の動作を説明するためのエンジン
特性因である。図において、（１）はエンジン、（２）はクラッチ、（
３）は入力軸、　＋４１　、　（７）は入力側プーリ、
（５）、（８）は出力側グー□　Ｕ　、　（６）は出力
軸、　ａ３はＶベルト、■はドライブシャツｈ、ａｌｌ
は制御装置、＠はトルク検出器。（至）、（至）は第１．第２の磁性層、１３．＋４３は
第１．第２の検出コイルである。なお各図中同一符号は同一または相当部分を示すものと
する。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）溝幅可変のＶ字溝を有するエンジンに接続された
入力側プーリ、溝幅可変のＶ字溝を有するドライブシャ
フトに接続された出力側プーリ、上記両プーリ間に巻き
掛けられ、上記エンジン出力をドライブシャフトに伝達
するＶベルト、上記エンジンのトルク値を制御パラメー
タとして上記入力側プーリのＶ字溝の溝幅を所定値に変
更する出力を導出する制御装置を有した自動車用無段変
速機において、エンジントルクを受ける受動軸の外周に
、軸方向に対して所定の角度をもつて固着された複数条
の細長い第１の磁性層と、この第１の磁性層を包囲する
ように上記受動軸に所定のギャップを隔てて巻回された
、受動軸に加わるトルクによる第１の磁性層の透磁率変
化を検出する第１の検出コイルと、上記第１の磁性層と
対称となるように上記受動軸の外周に、軸方向に対して
所定角度をもつて固着された複数条の細長い第２の磁性
層と、この第２の磁性層を包囲するように上記受動軸に
所定のギャップを隔てて巻回された、受動軸に加わるト
ルクによる第２の磁性層の透磁率変化を検出する第２の
検出コイルとを設け、上記両検出コイルの出力差からエ
ンジントルクを検出し、このトルク値を上記制御装置の
制御パラメータとしたことを特徴とする自動車用無段変
速機。