JP4349099B2 - 無段変速機の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、挟圧力に応じてトルク容量の変化するベルト式無段変速機を対象とした制御装置に関するものである。

ベルト式無段変速機やトラクション式無段変速機は、ベルトとプーリとの間の摩擦力や、ディスクとローラとの間のトラクションオイルのせん断力を利用してトルクを伝達している。したがってこれらの無段変速機のトルク容量は、そのトルクの伝達が生じる箇所に作用する圧力に応じて設定される。

最近は、無段変速機のプーリを締め付ける油圧を圧力値に応じてフィードフォワード制御することにより、無段変速機の変速応答性を向上させることもおこなわれている。反面、圧力制御では制御の安定性が低く、無段変速機の変速状態のわずかな変動が変速速度の変動を招いてしまう問題点がある。そこで、現在の変速状態を圧力制御に反映させることで、安定性を向上させている。

その一例を挙げると、特許文献１には、現在の変速比と、目標変速比と、プライマリ回転数とから、目標変速速度に応じた変速圧力を算出し、この算出した変速圧力を必要プライマリ圧に加減算して、目標プライマリ圧を求め、これに応じた制御指令値をプライマリ制御弁に出力して変速制御をおこなうベルト式無段変速機の制御装置が記載されている。
特開平８−４２６５２号公報

上記の特許文献１の発明では、プライマリ回転数と、変速比と、目標変速比との３つの物理量を使用して、目標プライマリ圧を算出している。しかしながら、プーリがベルトを挟み付ける圧力とベルトの巻き掛け半径の変化速度との関係に影響する要因は多様である。すなわち入力側のプーリ（プライマリプーリ）でベルトを挟み付ける圧力と出力側のプーリ（セカンダリプーリ）がベルトを挟み付ける圧力とがバランスしていることにより、各プーリに対するベルトの巻き掛け半径が安定し、所定の変速比が維持され、その状態でいずれか一方のプーリの圧力が変化することにより、そのプーリを構成している固定シーブと可動シーブとの間隔が変化し、それに応じて、他方のプーリを構成している固定シーブと可動シーブとの間隔が反対方向に変化し、こうして変速が実行される。このように各プーリにおける圧力のバランスの変化によって変速が実行されるので、変速をおこなうために前記プライマリ圧を変化させた場合の変速の状況に、セカンダリ圧が影響する可能性がある。

また、アップシフトはプライマリプーリに対するベルトの巻き掛け径を増大させ、それに伴ってセカンダリプーリに対するベルトの巻き掛け径を減少させる変速であり、ダウンシフトではこれとは反対の巻き掛け径の変化となる。このような巻き掛け径の変化を、プライマリ圧の増減によって実行する場合、プライマリプーリに対する巻き掛け径の増大時のプライマリプーリに対するベルトの挙動と、巻き掛け径が減少する際のプライマリプーリに対するベルトとの挙動とが必ずしも同一にならない。そのため、アップシフトとダウンシフトとの際の変速用油圧の制御を同様に実行したのでは、目標とする変速速度が得られず、あるいは変速の安定性が不充分となる可能性がある。

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、目標プーリ圧を現在の変速方向がアップシフトかダウンシフトかに基づき設定し、変速制御の安定性あるいは応答性を向上させた無段変速機の制御装置を提供することを目的とする。

この発明は、ベルト式無段変速機の変速時における圧力制御に関して、より多くの物理量に基づいて制御をおこなうものである。より具体的には、請求項１の発明は、ベルトの巻き掛けられた一対のプーリのそれぞれが供給された圧力に応じてベルトを挟み付けかつ、一方のプーリの圧力を制御して変速をおこなう二つのプーリから成る無段変速機の制御装置において、現在の変速方向がアップシフトかダウンシフトかを判別する変速方向判別手段と、前記変速方向判別手段によって判別された変速方向がアップシフトである場合に該アップシフトでの目標変速速度を達成するための目標プーリ圧力変化率を求めるための所定係数を求め、また前記変速方向判別手段によって判別された変速方向がダウンシフトである場合に該ダウンシフトでの目標変速速度を達成するための目標プーリ圧力変化率を求めるための所定係数を求める係数決定手段と、前記係数決定手段により決定された所定係数と、前記アップシフトまたはダウンシフトをおこなうときの目標変速速度とから、前記アップシフトまたはダウンシフトをおこなうときの前記一方のプーリの目標プーリ圧力変化率を求めるプーリ圧変化率決定手段と、前記一方のプーリの実プーリ圧と前記プーリ圧変化率決定手段で求められた一方のプーリの目標プーリ圧力変化率とから、前記アップシフトまたはダウンシフトをおこなうときの一方のプーリの目標プーリ圧を決定し、前記一方のプーリの前記実プーリ圧が前記目標プーリ圧となるように制御するプーリ圧制御手段とを備えていることを特徴とする無段変速機の制御装置である。

また、請求項２の発明は、前記係数決定手段は、他方のプーリの圧力と変速比とに応じて前記所定係数を予め設定してあるマップから、前記アップシフトの際の所定係数および前記ダウンシフトの際の所定係数を求める手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の制御装置である。

請求項１の発明によれば、変速方向、すなわち、アップシフト状態なのか、ダウンシフト状態なのかが判別され、現在の変速方向であるアップシフトもしくはダウンシフトでの目標変速速度を達成するための目標プーリ圧力変化率を求めるための所定係数を求める。また、一方のプーリの実プーリ圧と、一方のプーリの目標プーリ圧力変化率とから、アップシフトまたはダウンシフトをおこなうときの一方のプーリの目標プーリ圧を決定する。そして、一方のプーリの実プーリ圧が目標プーリ圧となるように制御する。そのため、変速を実行する圧力に対する影響要因を確実に反映させて変速制御の安定性や応答性を向上させることができる。

さらに、請求項２の発明によれば、一方のプーリの目標プーリ圧決定時に、変速比に加えて、他方のプーリの圧力についても予め設定してあるマップにより考慮される。したがって、変速制御の安定性や応答性をさらに向上させることができる。

次にこの発明を具体例に基づいて説明する。先ず、この発明で対象とする動力源および無段変速機を含む駆動系統の一例を説明すると、図３は、ベルト式の無段変速機１を含む駆動系統の一例を模式的に示しており、その無段変速機１は、前後進切換機構２およびロックアップクラッチ３付きの流体伝動機構４を介して動力源５に連結されている。

その動力源５は、内燃機関、あるいは内燃機関と電動機、もしくは電動機などによって構成されている。なお、以下の説明では、動力源５をエンジン５と記す。また、流体伝動機構４は、例えば従来のトルクコンバータと同様の構成であって、エンジン５によって回転させられるポンプインペラとこれに対向させて配置したタービンランナと、これらの間に配置したステータとを有し、ポンプインペラで発生させたフルードの螺旋流をタービンランナに供給することによりタービンランナを回転させ、トルクを伝達するように構成されている。

このような流体を介したトルクの伝達では、ポンプインペラとタービンランナとの間に不可避的な滑りが生じ、これが動力伝達効率の低下要因となるので、ポンプインペラなどの入力側の部材とタービンランナなどの出力側の部材とを直接連結するロックアップクラッチ３が設けられている。このロックアップクラッチ３は、油圧によって制御するように構成され、完全係合状態および完全解放状態、ならびにこれらの中間の状態であるスリップ状態に制御され、さらにそのスリップ回転数を適宜に制御できるようになっている。

前後進切換機構２は、エンジン５の回転方向が一方向に限られていることに伴って採用されている機構であって、入力されたトルクをそのまま出力し、また反転して出力するように構成されている。図３に示す例では、前後進切換機構２としてダブルピニオン型の遊星歯車機構が採用されている。すなわち、サンギヤ６と同心円上にリングギヤ７が配置され、これらのサンギヤ６とリングギヤ７との間に、サンギヤ６に噛合したピニオンギヤ８とそのピニオンギヤ８およびリングギヤ７に噛合した他のピニオンギヤ９とが配置され、これらのピニオンギヤ８，９がキャリヤ１０によって自転かつ公転自在に保持されている。そして、二つの回転要素（具体的にはサンギヤ６とキャリヤ１０と）を一体的に連結する前進用クラッチ１１が設けられ、またリングギヤ７を選択的に固定することにより、出力されるトルクの方向を反転する後進用ブレーキ１２が設けられている。

無段変速機１は、従来知られているベルト式無段変速機と同じ構成であって、互いに平行に配置された駆動プーリ１３と従動プーリ１４とのそれぞれが、固定シーブと、油圧式のアクチュエータ１５，１６によって軸線方向に前後動させられる可動シーブとによって構成されている。したがって各プーリ１３，１４の溝幅が、可動シーブを軸線方向に移動させることにより変化し、それに伴って各プーリ１３，１４に巻掛けたベルト１７の巻掛け半径（プーリ１３，１４の有効径）が連続的に変化し、変速比が無段階に変化するようになっている。そして、上記の駆動プーリ１３が前後進切換機構２における出力要素であるキャリヤ１０に連結されている。

なお、従動プーリ１４における油圧アクチュエータ１６には、無段変速機１に入力されるトルクに応じた油圧（ライン圧もしくはその補正圧）が、図示しない油圧ポンプおよび油圧制御装置を介して供給されている。したがって、従動プーリ１４における各シーブがベルト１７を挟み付けることにより、ベルト１７に張力が付与され、各プーリ１３，１４とベルト１７との挟圧力（接触圧力）が確保されるようになっている。これに対して駆動プーリ１３における油圧アクチュエータ１５には、設定するべき変速比に応じた圧油が供給され、目標とする変速比に応じた溝幅（有効径）に設定するようになっている。

上記の従動プーリ１４が、ギヤ対１８を介してディファレンシャル１９に連結され、このディファレンシャル１９から駆動輪２０にトルクを出力するようになっている。したがって上記の駆動機構では、エンジン５と駆動輪２０との間に、ロックアップクラッチ３と無段変速機１とが直列に配列されている。

上記の無段変速機１およびエンジン５を搭載した車両の動作状態（走行状態）を検出するために各種のセンサーが設けられている。すなわち、無段変速機１に対する入力回転数（前記タービンランナの回転数）を検出して信号を出力するタービン回転数センサー２１、駆動プーリ１３の回転数を検出して信号を出力する入力回転数センサー２２、従動プーリ１４の回転数を検出して信号を出力する出力回転数センサー２３、ベルト挟圧力を設定するための従動プーリ１４側の油圧アクチュエータ１６の圧力、すなわち、セカンダリ圧またはセカンダリプーリ圧を検出する油圧センサー２４が設けられている。また、駆動プーリ１３側の油圧アクチュエータ１５の圧力、すなわち、プライマリ圧またはプライマリプーリ圧を検出する油圧センサー２７が設けられている。

そして、特には図示しないが、アクセルペダルの踏み込み量を検出して信号を出力するアクセル開度センサー、スロットルバルブの開度を検出して信号を出力するスロットル開度センサー、ブレーキペダルが踏み込まれた場合に信号を出力するブレーキセンサーなどが設けられている。

上記の前進用クラッチ１１および後進用ブレーキ１２の係合・解放の制御、および前記ベルト１７の挟圧力の制御、ならびに変速比の制御、さらにはロックアップクラッチ３の制御をおこなうために、変速機用電子制御装置（ＣＶＴ−ＥＣＵ）２５が設けられている。この変速機用電子制御装置２５は、一例としてマイクロコンピュータを主体として構成され、入力されたデータおよび予め記憶しているデータに基づいて所定のプログラムに従って演算をおこない、前進や後進あるいはニュートラルなどの各種の状態、および要求される挟圧力の設定、ならびに変速比の設定、ロックアップクラッチ３の係合・解放ならびにスリップ回転数などの制御を実行するように構成されている。

ここで、変速機用電子制御装置２５に入力されているデータ（信号）の例を示すと、無段変速機１の入力回転数（入力回転速度）Ｎinの信号、無段変速機１の出力回転数（出力回転速度）Ｎo の信号が、それぞれに対応するセンサーから入力されている。また、エンジン５を制御するエンジン用電子制御装置（Ｅ／Ｇ−ＥＣＵ）２６からは、エンジン回転数Ｎe の信号、アクセルペダル（図示せず）の踏み込み量であるアクセル開度信号などが入力されている。

無段変速機１によれば、入力回転数であるエンジン回転数を無段階に（言い換えれば、連続的に）制御できるので、これを搭載した車両の燃費を向上できる。例えば、アクセル開度などによって表される要求駆動量と車速とに基づいて目標駆動力が求められ、その目標駆動力を得るために必要な目標出力が目標駆動力と車速とに基づいて求められ、その目標出力を最適燃費で得るためのエンジン回転数が予め用意したマップに基づいて求められ、そして、そのエンジン回転数となるように変速比が制御される。

そのような燃費向上の利点を損なわないために、無段変速機１における動力の伝達効率が良好な状態に制御される。具体的には、無段変速機１のトルク容量すなわちベルト挟圧力が、エンジントルクに基づいて決まる目標トルクを伝達でき、かつベルト１７の滑りが生じない範囲で可及的に低いベルト挟圧力になるよう制御される。例えば、加減速が比較的頻繁におこなわれたり、路面の凹凸もしくは起伏がある悪路を走行している場合などのいわゆる非定常走行状態では、ベルト挟圧力が、無段変速機１を制御する油圧系統における全体の元圧となるライン圧もしくはその補正圧程度の相対的に高い圧力に設定される。

一方、駆動プーリ（プライマリプーリ）１３でベルトを挟み付ける圧力と従動プーリ（セカンダリプーリ）１４がベルトを挟み付ける圧力とがバランスしていることにより、各プーリに対するベルトの巻き掛け半径が安定し、所定の変速比が維持され、その状態でいずれか一方のプーリの圧力が変化することにより、そのプーリを構成している固定シーブと可動シーブとの間隔が変化し、それに応じて、他方のプーリを構成している固定シーブと可動シーブとの間隔が反対方向に変化し、こうして変速が実行される。このように各プーリにおける圧力のバランスの変化によって変速が実行されるので、変速をおこなうために前記プライマリプーリ圧を変化させた場合の変速の状況に、セカンダリプーリ圧が影響する可能性がある。

また、アップシフトはプライマリプーリ１３に対するベルトの巻き掛け径を増大させ、それに伴ってセカンダリプーリ１４に対するベルトの巻き掛け径を減少させる変速であり、ダウンシフトではこれとは反対の巻き掛け径の変化となる。このような巻き掛け径の変化を、プライマリ圧の増減によって実行する場合、プライマリプーリ１３に対する巻き掛け径の増大時のプライマリプーリ１３に対するベルトの挙動と、巻き掛け径が減少する際のプライマリプーリ１３に対するベルトとの挙動とが必ずしも同一にならない。そのため、アップシフトとダウンシフトとの際の変速用油圧の制御を同様に実行したのでは、目標とする変速速度が得られず、あるいは変速の安定性が不充分となる可能性がある。

そこで、この発明の制御装置は、無段変速機のプーリ圧を制御する際に上記の物理量の変化を考慮して制御に反映させることによって、適切な目標プーリ圧を設定することができるように構成されている。その制御の具体例を以下に説明する。

図１は本実施例おける制御の一例を示すフローチャートである。まず、従動プーリ（セカンダリプーリ）１４の圧力値が検出される（ステップＳ１０１）。そして、現在の変速状況がアップシフトか否かが判断される（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２で肯定的に判断された場合、すなわちアップシフトの場合、アップシフト時の場合の所定係数Kcが、予め設けられたマップまたは計算式により求められる。すなわち、セカンダリプーリ圧Pdと、ステップＳ１０２で判断された変速方向とによって最適な所定係数Kcが求められる。一方、ステップＳ１０２で否定的に判断された場合も同様に、ダウンシフト時の場合の所定係数Kcが、予め設けられたマップもしくは計算式により求められる（ステップＳ１０３）。

ステップＳ１０３およびステップＳ１０４での処理が終了すると、現在設定されている目標変速比を時間で微分して、目標変速速度S を求める（ステップＳ１０５）。そして、目標変速速度S を所定係数Kcで割り、目標プライマリプーリ圧変化率ΔPintを求める（ステップＳ１０６）。なお、目標プライマリプーリ圧変化率ΔPintは予め設けられたマップより求めてもよい。そして、目標プライマリプーリ圧Pin(i+1)は現在のプライマリプーリ圧Pin(i)に目標プライマリプーリ圧変化率ΔPintを加えた値となり、この目標プライマリプーリ圧Pin(i+1)となるようにプライマリプーリ圧が制御される（ステップＳ１０７）。

次に、所定係数Kcと変速比γとの関係について図２を使用して述べる。図２に示すように、同じ変速比γであっても、アップシフト中か、ダウンシフト中かによって、適切な所定係数Kcの値は異なっている（直線（ａ）と直線（ｃ）、および直線（ｂ）と直線（ｄ））。したがって同じ変速比γであっても、アップシフト中とダウンシフト中とでは、異なる目標プライマリ圧になる可能性がある。すなわち、ステップＳ１０２で変速方向の判別を行う必要がある。

同様に、セカンダリプーリ圧Pdの上昇にともなって、ある変速比γに対する所定係数Kcの値も変化している（直線（ａ）と直線（ｂ）、および直線（ｃ）と直線（ｄ））。したがって、おなじ変速比γであってもセカンダリプーリ圧Pdの影響によって異なる目標プライマリ圧となる可能性がある。すなわち、ステップＳ１０１でセカンダリプーリ圧Pdの検出をおこなう必要がある。

いずれにしても、変速方向、すなわち、アップシフト状態なのか、ダウンシフト状態なのかが判別され、その状態に応じて、プライマリプーリ１３の目標プーリ圧が設定される。そのため、変速を実行する圧力に対する影響要因を確実に反映させて変速制御の安定性や応答性を向上させることができる。

さらに、プライマリプーリ１３の目標プーリ圧決定時に、変速方向に加えて、セカンダリプーリ圧についても考慮される。したがって、変速制御の安定性や応答性をさらに向上させることができる。

ここで、上記の各具体例とこの発明との関係を簡単に説明すると、現在の変速方向を判別するステップＳ１０２の機能的手段が、「変速方向判別手段」に相当し、ステップＳ１０３およびステップＳ１０４の機能的手段が「係数決定手段」に相当する。また、ステップＳ１０６の機能的手段が「プーリ圧変化率決定手段」に相当し、ステップＳ１０７の機能的手段が「プーリ圧制御手段」に相当する。また、ステップＳ１０３およびステップＳ１０４の機能的手段が請求項１における「係数決定手段」に相当する。また、セカンダリプーリ圧、セカンダリ圧、プライマリプーリ圧、プライマリ圧が請求項１または２における「実プーリ圧」に相当する。すなわち、実際にプライマリプーリ１３またはセカンダリプーリ１４に供給される圧力であり、油圧センサー２４または油圧センサー２７で実際に検出される圧力である。

また、本実施例では、目標プライマリプーリ圧を決定するのにセカンダリプーリ圧を考慮したが、セカンダリプーリ圧を変化させて変速を実行するとともに、その圧力を決定するのにプライマリプーリ圧を考慮することとしてもよい。

この発明の制御装置による制御の一例を説明するためのフローチャートである。 所定係数Kcと変速比γとセカンダリ圧Pdとの関係を示す図である。 この発明で対象とする無段変速機を含む駆動系統の一例を模式的に示す図である。

符号の説明

１…無段変速機、 ３…ロックアップクラッチ、 ５…エンジン（動力源）、 １３…駆動プーリ（プライマリプーリ）、 １４…従動プーリ（セカンダリプーリ）、 １５，１６…油圧アクチュエータ、 １７…ベルト、 ２０…駆動輪、 ２５…変速機用電子制御装置（ＣＶＴ−ＥＣＵ）。

Claims (2)

1. ベルトの巻き掛けられた一対のプーリのそれぞれが供給された圧力に応じてベルトを挟み付けかつ、一方のプーリの圧力を制御して変速をおこなう二つのプーリから成る無段変速機の制御装置において、
   現在の変速方向がアップシフトかダウンシフトかを判別する変速方向判別手段と、
   前記変速方向判別手段によって判別された変速方向がアップシフトである場合に該アップシフトでの目標変速速度を達成するための目標プーリ圧力変化率を求めるための所定係数を求め、また前記変速方向判別手段によって判別された変速方向がダウンシフトである場合に該ダウンシフトでの目標変速速度を達成するための目標プーリ圧力変化率を求めるための所定係数を求める係数決定手段と、
   前記係数決定手段により決定された前記所定係数と、前記アップシフトまたはダウンシフトをおこなうときの目標変速速度とから、前記アップシフトまたはダウンシフトをおこなうときの前記一方のプーリの目標プーリ圧力変化率を求めるプーリ圧変化率決定手段と、
   前記一方のプーリの実プーリ圧と前記プーリ圧変化率決定手段で求められた一方のプーリの目標プーリ圧力変化率とから、前記アップシフトまたはダウンシフトをおこなうときの一方のプーリの目標プーリ圧を決定し、前記一方のプーリの前記実プーリ圧が前記目標プーリ圧となるように制御するプーリ圧制御手段と
   を備えていることを特徴とする無段変速機の制御装置。
2. 前記係数決定手段は、他方のプーリの圧力と変速比とに応じて前記所定係数を予め設定してあるマップから、前記アップシフトの際の所定係数および前記ダウンシフトの際の所定係数を求める手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の無段変速機の制御装置。

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