JP2004011834A - Toroidal continuously variable transmission - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a toroidal continuously variable transmission provided with a state observation device of small control error. <P>SOLUTION: This toroidal continuously variable transmission is provided with the state observation device 110 to take input of command values of a speed change actuator 52 to estimate trunnion axis direction displacement based on a state equation of a continuously variable transmission to output an inclination angle or a speed change ratio, and a command value computing device 200 to compute command values of the speed change actuator based on an estimated value of the trunnion axis direction displacement. The state observation device 110 comprises an inclination angle detecting means 100 to detect the inclination angle, and an integrated value determining means 104 to integrate reciprocals of components of sensitivity to inclination angular speed to trunnion axis direction displacement depending on the inclination angle up to the inclination angle at current time. Using this integrated value, transitional matrix of the state equation of the toroidal continuously variable transmission is converted into constant matrix. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００４】
【数２】

【０００５】
ここで、ａ_１、ａ_２、ｂはＴＣＶＴの形状で決まる定数、ｆ（φ、ω_ｏｄ）はφとω_ｏｄとの非線形関数、ｇは変速制御弁のバルブゲインである。ｆ（φ、ω_ｏｄ）は次式で表される。
【０００６】
【数３】式（２）

【０００７】
ここで、η、θ、ｃ_ｆはＴＣＶＴの構造で決まる定数、ω_ｏｄはＴＣＶＴの出力ディスク回転数である。このＴＣＶＴに対して、状態観測器を次のようにしている。
【０００８】
【数４】式（３）

【０００９】
【数５】

【００１０】
ここで、φ_ｔは傾転角度の推定値、ｙ_ｔはトラニオン変位の推定値、Ｈ_０はオブザーバゲインである。オブザーバゲインは、次のように設定している。
【００１１】
【数６】式（４）

【００１２】
ここで、ω_０は、推定値ｆが真値ｘに収束する速さを決める正の定数である。
【００１３】
そして、傾転角度φを目標値φ^＊に追従させる制御器は、次のような制御則を行い、目標値と傾転角度とトラニオンの推定値とに応じて、変速アクチュエータへの変位指令値を演算する。
【００１４】
【数７】

【００１５】
【数８】式（５）

【００１６】
【数９】式（６）

【００１７】
ここで、Ｋ_ＰはＰＩＤ制御器の比例ゲイン、Ｋ_ＩはＰＩＤ制御器の積分ゲイン、ｓはラプラス演算子、Ｋ_ＤはＰＩＤ制御器の微分ゲインである。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
式（１）から式（２）を両辺引いて、真値ｘと推定値ｘ_ｔとの推定誤差をｅ_０＝ｘ−ｘ_ｔとすると、次式を得る。
【００１９】
【数１０】式（７）

【００２０】
この式（７）は、推定誤差の動特性を示す方程式である。この方程式の遷移行列（Ａ_０−Ｈ_０Ｃ_０）は、次式で表される。
【００２１】
【数１１】式（８）

【００２２】
式（８）と式（４）とから、（Ａ_０−Ｈ_０Ｃ_０）の固有値を求めると、（−ω_０、−ω_０）となる。
【００２３】
しかしながら、この特開平８−２７０７７２号公報に記載の状態観測器において、式（８）に示す遷移行列は、傾転角度φとＴＣＶＴ出力ディスク回転数ω_ｏｄとに応じて変化する。これは、トラニオン変位推定値と実際のトラニオン変位との偏差の時間応答が、指数関数的に減衰しない非線形特性であることを示す。このため、偏差の時間応答に合わせて、理論的な裏付けがとれたコントローラを設計することが難しい。
【００２４】
結果として、好ましい制御性能を達成するために、計算機シミュレーションや実験を繰り返してコントローラのパラメータ適合する必要があり、長い開発時間とコストを要する。つまり、短期間で理論的な裏付けがとれた制御装置を設計することが難しいという課題がある。
【００２５】
さらに変速アクチュエータにステップモータを用いた場合、ステップモータが指令値どおりに動作せず、ステップ数指令値と実際のステップ数とのずれが定常的に残る脱調と呼ばれる現象が起きる場合がある。このずれを、状態観測器の入力ｕの定常的な外乱ｄ_ｕと表す。式（１）にこの外乱を加えたＴＣＶＴモデルは、次式で表される。
【００２６】
【数１２】式（９）

【００２７】
式（９）から式（３）を引くと、次の誤差方程式を得る。
【００２８】
【数１３】式（１０）

【００２９】
式（１０）に示す誤差方程式は安定であると仮定する。このとき、推定誤差ｅ_０の定常値ｅ_００は、式（１０）において微分値ｅ´_０＝０として次式で表される。
【００３０】
【数１４】

【００３１】
このように、脱調しているとき、推定値には定常偏差が残る。ステップモータのステップ数を定常的に指令値と一致させるには、センサ等を用いてステップモータが出力する変位を検出する方法もあるが、コストの増加を招いてしまう。適時ステップモータを基準位置へ移動して初期化を行う方法もあるが。走行中は初期化できないといった制約があるため、適切な時点で初期化できるとは限らない。つまり、安価にステップモータの実ステップ数を指令値に一致させることが難しいという課題がある。
【００３２】
このような問題点を鑑み、本発明の目的は、制御誤差の小さい状態観測器を備えたＴＣＶＴを提供することである。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、変速アクチュエータの指令値を入力とし、傾転角度または変速比を出力する無段変速機の状態方程式に基づいてトラニオン軸方向変位を推定する状態観測器と、このトラニオン軸方向変位推定値に基づいて変速アクチュエータの指令値を演算する指令値演算器とを備えるトロイダル型無段変速機において、前記状態観測器は、傾転角度を検出する傾転角度検出手段と、トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度のうち、傾転角度に依存する成分の逆数を現時刻の傾転角度まで積分する積分値算出手段とを有し、この算出された積分値を用いて前記トロイダル型無段変速機の状態方程式の遷移行列が定数行列となるように変換する。
【００３４】
第２の発明は、第１の発明において、前記変速アクチュエータ指令値が、変速アクチュエータ変位であり、前記状態観測器は、トロイダル型無段変速機の回転数を検出する回転数検出手段と、トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度のうち、トロイダル型無段変速機の回転数に依存する成分ｆ_１を算出するｆ_１算出手段と、前記積分値に比例し、トロイダル型無段変速機の回転数に依存する成分ｆ_１に反比例する新状態量を演算する新状態量演算手段と、この新状態量と変速アクチュエータの変位指令値とトロイダル型無段変速機の回転数とを入力とし、新状態量推定値とトラニオン変位推定値とを出力する状態観測用フィルタ手段とを有する。
【００３５】
第３の発明は、第１の発明において、前記変速アクチュエータ指令値が、変速アクチュエータ駆動速度指令値であり、前記状態観測器は、トロイダル型無段変速機の回転数を検出または推定する回転数検出手段と、トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度のうち、トロイダル型無段変速機の回転数に依存する成分ｆ_１を算出するｆ_１算出手段と、前記積分値に比例し、トロイダル型無段変速機の回転数に依存する成分ｆ_１に反比例する新状態量を演算する新状態量演算手段と、この新状態量と変速アクチュエータの駆動速度指令値とトロイダル型無段変速機の回転数とを入力とし、新状態量推定値とトラニオン変位推定値と変速アクチュエータ変位推定値とを出力する状態観測用フィルタ手段とを有する。
【００３６】
第４の発明は、第１から３のいずれか一つの発明において、前記状態観測器が、トロイダル型無段変速機の回転数の時間微分値を演算する微分手段を有し、前記状態観測用フィルタ手段のフィルタ出力値をこの微分値で補正する。
【００３７】
第５の発明は、第３または４の発明において、変速アクチュエータ駆動速度指令値の積分値と、変速アクチュエータ変位推定値とを比較して、変速アクチュエータの駆動状態を判断する駆動状態判断手段を有する。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、状態観測器は、傾転角度検出手段と、トラニオン変位に対する傾転角速度への感度のうち、傾転角度に依存する成分を現時刻の傾転角度まで積分する積分値算出手段とを有し、この積分値を用いて、ＴＣＶＴの状態方程式の遷移行列が定数行列となるように変換された状態方程式に基づいて構成するので、実際の値と推定値との誤差が指数関数的に減少することが理論的に証明されるため、制御装置を設計する際に行う計算機シミュレーションや実験が減り、開発時間とコストを削減できる。
【００３９】
請求項２の発明によれば、前記変速アクチュエータ指令値は、変速アクチュエータ変位であり、前記状態観測器は、ＴＣＶＴの回転数を検出または推定する回転数検出手段と、トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度のうち、ＴＣＶＴの回転数に依存する成分ｆ_１を算出するｆ_１算出手段と、前記積分値に比例し、ＴＣＶＴの回転数に依存する成分ｆ_１に反比例する新状態量を演算する新状態量演算手段と、該新状態量と変速アクチュエータの変位指令値とＴＣＶＴの回転数とを入力とし、新状態量推定値とトラニオン変位推定値とを出力する状態観測用フィルタ手段とを有する構成としたので、目標値と傾転角度の偏差に応じて変速アクチュエータ位置を指令値として出力する従来技術の制御則の一部をそのまま使用できる。しかも、トラニオン変位の推定誤差が、一定の時定数のもとに指数関数的に減衰することが理論上裏付けられるため、制御装置の設計が一層容易になる。また、状態観測用フィルタは入力から出力への直達項を持たないことから、入力から出力までがローパスフィルタ特性となり、傾転角度に含まれる高周波数の検出ノイズを除去する性能を兼ね備える。
【００４０】
請求項３の発明によれば、前記変速アクチュエータ指令値は、変速アクチュエータ駆動速度指令値であり、前記状態観測器は、ＴＣＶＴの回転数を検出または推定する回転数検出手段と、トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度のうち、ＴＣＶＴの回転数に依存する成分ｆ_１を算出するｆ_１算出手段と、前記積分値に比例し、ＴＣＶＴの回転数に依存する成分ｆ_１に反比例する新状態量を演算する新状態量演算手段と、該新状態量と変速アクチュエータの駆動速度指令値とＴＣＶＴの回転数とを入力とし、新状態量推定値とトラニオン変位推定値と変速アクチュエータ変位推定値とを出力する状態観測用フィルタ手段とを有する構成としたので、すべての推定値のずれは脱調の有無によらずゼロに収束するこれにより、ステップ数を検出するためのセンサを追加することによるコストの増加を防止できると共に、ステップ数の初期化を行う必要もなくなる。また、状態観測用フィルタも直達項がないため、傾転角度に含まれる高周波数の検出ノイズの除去する特長も有する。
【００４１】
請求項４の発明によれば、前記状態観測器は、ＴＣＶＴの回転数の時間微分値を演算する微分手段を有し、前記状態観測用フィルタ手段のフィルタ出力値を微分値で補正するので、変速の過渡状態における状態観測器の推定精度が向上する。
【００４２】
請求項５の発明によれば、前記ＴＣＶＴは、変速アクチュエータ駆動速度指令値の積分値と、変速アクチュエータ変位推定値とを比較して、変速アクチュエータの駆動状態を判断する駆動状態判断手段を有するので、ステップモータが駆動指令値どおりに駆動していないことが判断でき、モータ故障の判断等に利用できる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００４４】
図１はトロイダル型無段変速機１０（以下、ＴＣＶＴと示す。）の概略構成図であり、図２は、その断面、および、変速制御系の構成を示したものであり、図３はＴＣＶＴの変速比に対し一意に決まる傾転角度を目標値に従い制御するような変速指令値を決定するコントローラを含めた構成図であり、図４はパワーローラ軸方向変位を推定する状態観測器の構成図である。
【００４５】
図１に示すＴＣＶＴ１０は、図中上方で連結される動力源としてのエンジン（図示せず）の回転が、トルクコンバータ１２を介してＴＣＶＴ１０に入力されるようになっている。
【００４６】
上記トルクコンバータ１２は一般に良く知られているように、ポンプインペラ１２ａ、タービンランナ１２ｂおよびステータ１２ｃを備え、特に該トルクコンバータ１２ではロックアップクラッチ１２ｄが設けられている。
【００４７】
そして、ＴＣＶＴ１０は、トルクコンバータ１２の出力回転軸１４と同軸上に配置されるトルク伝達軸１６が設けられ、該トルク伝達軸１６に第一トロイダル変速部１８と第二トロイダル変速部２０とがタンデム配置されている。
【００４８】
上記トルク伝達軸１６は中空に形成されると共に、ハウジング２２に対し軸方向に若干の移動が可能に取付けられている。上記第一、第二トロイダル変速部１８、２０は、それぞれの対抗面がトロイダル曲面に形成される一対の第一入力ディスク１８ａ、第一出力ディスク１８ｂおよび第二入力ディスク２０ａ、第二出力ディスク２０ｂと、それぞれの対抗面間に摩擦接触されるパワーローラ１８ｃ、１８ｄ、および２０ｃ、２０ｄとによって構成される。
【００４９】
第一トロイダル変速部１８は上記トルク伝達軸１６の図中上方に配置されると共に、上記第二トロイダル変速部２０は該トルク伝達軸１６の図中下方に配置され、かつ、それぞれの第一入力ディスク１８ａおよび第二入力ディスク２０ａは互いに外側に配置されると共に、第一出力ディスク１８ｂおよび第二出力ディスク２０ｂは互いに内側に配置されている。そして、上記第一、第二入力ディスク１８ａ、２０ａはボールスプライン２４、２６を介して上記トルク伝達軸１６に、回転方向に係止されかつ軸方向の滑らかな移動が可能に取付けられている。
【００５０】
一方、上記第一、第二出力ディスク１８ｂ、２０ｂは、上記トルク伝達軸１６と相対回転可能に軸支された出力ギア２８にスプライン結合され、該第一、第二出力ディスク１８ｂ、２０ｂに伝達された回転力は、出力ギア２８と歯合する入力ギア３０ａを介してカウンターシャフト３０に伝達され、さらに、回転力出力経路を介して図示しない出力軸に伝達される。
【００５１】
ところで、上記第一入力ディスク１８ａの外側にはローディングカム装置３４が設けられ、このローディングカム装置３４には、回転力入力経路を介して伝達されるエンジン回転が入力され、この入力トルクに応じた押圧力がローディングカム装置３４によって発生されるようになっている。なお、上記ローディングカム装置３４のローディングカム３４ａは、上記トルク伝達軸１６と相対回転可能に係合すると共に、スラストベアリング３６を介して該トルク伝達軸１６に係止される。
【００５２】
また、上記第二入力ディスク２０ａと上記トルク伝達軸１６の図中下方端部との間に皿バネ３８が設けられている。従って、上記ローディングカム装置３４で発生される押圧力は、第一入力ディスク１８ａに作用すると共に、上記トルク伝達軸１６および上記皿バネ３８を介して第二入力ディスク２０ａにも作用し、かつ、上記皿バネ３８によって発生される予圧力は、第二入力ディスク２０ａに作用すると共に、上記トルク伝達軸１６および上記ローディングカム装置３４を介して第一入力ディスク１８ａにも作用するようになっている。
【００５３】
ところで、上記ローディングカム装置３４と上記トルクコンバータ１２との間の回転力入力経路には、車両の前進時と後進時の回転方向を切り換える前後進切換装置４０が設けられる。
【００５４】
上記前後進切換装置４０は、ダブルプラネタリー方式の遊星歯車機構４２と、該遊星歯車機構４２のキャリア４２ａを上記出力回転軸１４に締結可能なフォワードクラッチ４４と、該遊星歯車機構４２のリングギア４２ｂを上記ハウジング２２に締結可能なリバースブレーキ４６とによって構成される。
【００５５】
そして、上記前後進切換装置４０では、フォワードクラッチ４４を締結すると共に、リバースブレーキ４６を開放することにより、エンジン回転と同方向の回転が上記ローディングカム装置に入力され、かつ、フォワードクラッチ４４を開放してリバースブレーキ４６を締結することにより、逆方向の回転が入力されるようになっている。なお、上記遊星歯車機構４２で、４２ｃはサンギア、４２ｄ、４２ｅは互いに噛み合いされるプラネタリギア、４２ｂはリングギアである。
【００５６】
ところで、上記第一トロイダル変速部１８および第二トロイダル変速部２０に設けられたパワーローラ１８ｃ、１８ｄおよび２０ｃ、２０ｄは、中心軸ｃに対して対称に配置され、それぞれのパワーローラは変速制御装置としての変速制御弁５６および油圧サーボシリンダ５０を介して、車両運転条件に応じて傾斜（傾転）され、もって前記第一、第二入力ディスク１８ａ、２０ａの回転を無段階に変速して前記第一、第二出力ディスク１８ｂ、２０ｂに伝達するようになっている。
【００５７】
次に、図２はＴＣＶＴの変速を管理する油圧系の機械的構成図である。
【００５８】
パワーローラ２０ｃ、２０ｄはそれぞれトラニオン２３、２３で背面側から軸支されている。トラニオン２３は油圧サーボシリンダ５０のサーボピストン５１と結合しており、油圧サーボシリンダ５０内の油室５０ａ内の油と油室５０ｂ内の油の差圧で変位する。油室５０ａ、５０ｂは、それぞれシフトコントロールバルブ（変速制御弁）５６のＨｉ側ポート５６ＨｉとＬｏｗ側ポート５６Ｌｏｗに繋がっており、シフトコントロールバルブ５６はバルブ内のスプール５６Ｓが変位することにより、ライン圧の油をＨｉ側ポート５６ＨｉまたはＬｏｗ側ポート５６Ｌｏｗに流し、他方のポートからドレーン５６Ｄへ油を流出させることで油圧サーボ内の差圧を変化させる。
【００５９】
スプール５６Ｓは、ステップモータ５２（変速アクチュエータ）と後述するプリセスカム５５とリンク構造で連結している。プリセスカム５５は、４体のトラニオンのうちの１体に取り付けられており、パワーローラの上下方向変位とパワーローラの傾転角度をリンクの変位に変換し、スプール５６Ｓへ伝達する。
【００６０】
スプール５６Ｓの変位はステップモータ５２の変位（駆動位置）とプリセスカム５５で伝えられる変位により決まる。ＴＣＶＴの変速は、トラニオン２３を平衡点（パワーローラの回転軸と入出力ディスクの回転軸が交差する状態で、図２の状態を示す）から上下に変位させることにより行い、この変位によりパワーローラ２０ｃと両ディスク２０ａの回転方向ベクトルに差違が発生してパワーローラ２０ｃは傾転する。
【００６１】
変速の定常時には、パワーローラ２０ｃおよびトラニオン２３の軸方向変位ｙは平衡点に戻っており、スプール５６Ｓの変位も中立点でバルブが閉じた状態であるので、このとき傾転角度は、プリセスカム比とリンク比で決まるステップモータ５２の変位に対応した位置となる。
【００６２】
プリセスカム５５は、パワーローラ２０ｃの傾転角度をスプール５６Ｓの変位に負帰還して傾転角度の目標値とのずれを補償しながら、パワーローラ２０ｃおよびトラニオン２３の平衡点からの変位もスプール５６Ｓの変位に負帰還して過渡状態においてダンピングの効果を与えて、変速のハンチングを抑える。
【００６３】
すなわち、変速の到達点はステップモータ５２の変位で決まり、一連の変速の過程を示すと、ステップモータ変位を変化させることでスプール５６Ｓが変位してバルブが開き、サーボピストンの差圧が変化してパワーローラが平衡点から変位することで傾転し、傾転角度がステップモータ変位に対応した点でスプール５６Ｓは中立点に戻り変速が終了する。
【００６４】
図３は制御装置８０を含んだＴＣＶＴ１０の構成図である。
【００６５】
入力ディスク回転数センサ８４は、入力ディスク１８ａ、２１ａの何れか１つの回転に同期して発生するパルス信号を周期もしくは周波数として計測し、入力ディスク回転数ω_ｉｄを検出する。出力ディスク回転数センサ８３は、出力ディスク１８ｂ、２１ｂの何れか１つの回転に同期して発生するパルス信号を周期もしくは周波数として計測し、出力ディスク回転数ω_ｏｄを検出する。パワーローラ回転数センサ８２は、パワーローラ１８ｃ、１８ｄ、２０ｃ、２０ｄの何れか１つの回転に同期して発生するパルス信号を、周期もしくは周波数として計測してパワーローラ回転数ω_ｐｒを検出する。
【００６６】
傾転角度センサ８５は、ロータリエンコーダ等を用いて傾転角度φを検出する。
【００６７】
マイクロコンピュータを主体に構成された制御装置８０は、入力ディスク回転数ω_ｉｄと、出力ディスク回転数ω_ｏｄと、パワーローラ回転数ω_ｐｒと、傾転角度φを入力して、ステップモータ５２の指令値を演算する。
【００６８】
図４に、制御装置８０を構成する本発明の状態観測器１１０の一例を示す。状態観測器１１０は、以下に説明する各手段からなり、状態推定値を指令値演算器２００に出力する。
【００６９】
傾転角度検出手段１００は、例えば、前記傾転角度センサ８５の出力を傾転角度φとする。もしくは、変速比ｉ_ｃから、次式の変速比ｉ_ｃと傾転角度φとの関係を用いて演算する。
【００７０】
【数１５】式（１１）

【００７１】
ここで、η、θはＴＣＶＴ１０の形状で決まる定数である。式（１１）に示す変速比ｉ_ｃと傾転角度φとの関係を図示すると、図５となる。変速比ｉ_ｃは、例えば、入力ディスク回転数センサの出力ω_ｉｄと出力ディスク回転数センサの出力ω_ｏｄ０とから、次式を用いて演算するとよい。
【００７２】
【数１６】式（１２）

【００７３】
また出力ディスク回転数検出値ω_ｏｄ０と入力ディスク回転数ω_ｉｄとパワーローラ回転数ω_ｐｒと傾転角度φとの間には、次のような関係がある。
【００７４】
【数１７】

【００７５】
【数１８】

【００７６】
この関係を用いて、パワーローラ回転数ω_ｐｒの検出値と傾転角度φの検出値とから、出力ディスク回転数ω_ｏｄ０と入力ディスク回転数ω_ｉｄを算出し、式（１２）に示す関係を用いて算出してもよい。
【００７７】
回転数検出手段１０１では、例えば、出力ディスク回転数センサの出力を、ＴＣＶＴの回転数検出値ω_ｏｄ０とする。
【００７８】
微分手段１０２では、ＴＣＶＴ１０の回転数検出値ω_ｏｄ０を入力として、次式で示すローパスフィルタの演算を行う。
【００７９】
【数１９】式（１３）

【００８０】
式（１３）で示すフィルタの出力ω_ｏｄ０をＴＣＶＴ１０の回転数推定値とし、中間変数のω´_ｏｄをＴＣＶＴ１０の回転数微分値として出力する。
【００８１】
積分値算出手段１０４では、傾転角度φを入力して、トラニオン軸方向変位ｙに対する傾転角速度への感度のうち、傾転角度φに依存する成分を現時刻の傾転角度まで積分する。トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度ｆは、前述したように式（２）で表される。この感度ｆは、次のように、ＴＣＶＴ１０の回転数に依存する成分ｆ_１と傾転角度に依存する成分ｆ_２と定数部分ｃ_ｆとに分けられる。
【００８２】
【数２０】式（１４）

【００８３】
【数２１】式（１５）

【００８４】
【数２２】式（１６）

【００８５】
現時刻の傾転角度φまでの、ｆ_２（φ）の逆数の傾転角度に関する積分値ｑ（φ）は次式を用いて求める。
【００８６】
【数２３】式（１７）

【００８７】
ｆ_１算出手段１０３では、ＴＣＶＴ１０の回転数ω_ｏｄ０を入力して、トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度のうち、ＴＣＶＴ１０の回転数ω_ｏｄに依存する成分ｆ_１を、式（１５）を用いて算出する。
【００８８】
新状態量算出手段１０５では、前記積分値ｑ（φ）とｆ_１（ω_ｏｄ０）とを入力し、次式を用いて、新状態量ζ１を演算する。
【００８９】
【数２４】式（１８）

【００９０】
状態観測用フィルタ手段１０６では、新状態量ζ_１と、後述する指令値演算器２００の出力であるステップモータ変位指令値ｕと傾転角度φとを入力とし、次式で表されるフィルタを用いて、新状態量ζ_１とトラニオン変位ｙとの推定値ζ_１ｔ、ｙ_ｔを演算する。
【００９１】
【数２５】式（１９）

【００９２】
【数２６】

【００９３】
Ｈ_ａはオブザーバゲインである。オブザーバゲインは、次のように設定する。
【００９４】
【数２７】式（２０）

【００９５】
ここで、ｐ_１０、ｐ_１１はオブザーバの極に関係する定数であり、オブザーバ極は、
ｓ＝−ｐ_１０、ｓ＝−ｐ_１１
となる。
【００９６】
以下に本発明の状態観測器１１０の導出と、特徴を示す。
【００９７】
ステップモータのステップ数ｕを入力とし、傾転角度φとトラニオン変位ｙとを状態量として、ＴＣＶＴ１０の動特性は式（１）で表される。式（１８）を両辺時間微分すると、次式を得る。
【００９８】
【数２８】式（２１）

【００９９】
式（２１）と式（１）と式（１４）とから、次式を得る。
【０１００】
【数２９】式（２２）

【０１０１】
このように、式（１８）に示す状態変換を用いて、式（２２）と式（１）とから、ＴＣＶＴの動特性は、状態量を、
【０１０２】
【数３０】

【０１０３】
として、次のように書き直すことができる。
【０１０４】
【数３１】式（２３）

【０１０５】
以上の状態変換をまとめると、式（１４）で表されるように、トラニオン変位ｙに対する傾転角速度の感度ｆ（φ、ω_ｏｄ）を、式（１６）で表される傾転角度に依存する成分ｆ_２（φ）とその他の部分と分け、新状態量を式（１８）で表されるように設定する。このとき、この新状態量の微分値は式（２１）で表され、傾転角速度φ´の係数は、式（１４）で表されるｆ（φ、ω_ｏｄ０）の逆数となる。
【０１０６】
これにより、式（１）と式（２１）とから、トラニオン変位ｙの係数の時変項がキャンセルされて、式（２２）に示すように係数は一定値となる。そして、新状態量を、傾転角度の状態量の代わりとしてＴＣＶＴの動特性を考えると、式（２３）で表されるように、遷移行列Ａ_ａが定数となる。
【０１０７】
この書き直されたＴＣＶＴ１０に対して、式（１９）に示すオブザーバは設計した。
【０１０８】
ここで、状態量ζ_ａの推定値誤差ｅ_ａを、
【０１０９】
【数３２】式（２４）

【０１１０】
として、式（２３）から式（１９）を引くと次式を得る。
【０１１１】
【数３３】式（２５）

【０１１２】
式（２５）は、誤差ｅ_ａの減衰特性を表す誤差方程式である。Ａ_ａ、Ｈ_ａ、Ｃ_ａ共に定数行列であるため、（Ａ_ａ−Ｈ_ａＣ_ａ）も定数行列である。これは、誤差ｅ_ａが指数関数的に減衰することを示す。
【０１１３】
したがって、本発明の状態観測器１１０は、トラニオンの傾転角度を検出または推定する傾転角度検出手段１００と、トラニオン変位に対する傾転角速度への感度のうち、傾転角度に依存する成分ｆ_２を現時刻の傾転角度まで積分する積分値算出手段１０４とを有し、この積分値を用いて、ＴＣＶＴ１０の状態方程式の遷移行列が定数行列となるように変換された状態方程式に基づいて構成するので、実際の値と推定値との誤差が指数関数的に減少することが理論的に証明されるため、制御装置を設計する際に行う計算機シミュレーションや実験が減り、開発時間とコストを削減できる。
【０１１４】
さらに本発明の変速アクチュエータ指令値は、変速アクチュエータ変位であり、状態観測器１１０は、ＴＣＶＴ１０の回転数を検出または推定する回転数検出手段１０１と、トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度のうち、ＴＣＶＴ１０の回転数に依存する成分ｆ_１を算出するｆ_１算出手段１０３と、前記積分値に比例し、回転数に依存する成分ｆ_１に反比例する新状態量を演算する新状態量演算手段１０５と、この新状態量と変速アクチュエータの変位指令値とＴＣＶＴ１０の回転数とを入力とし、新状態量推定値とトラニオン変位推定値とを出力する状態観測用フィルタ手段１０６とを有する構成としたので、目標値と傾転角度の偏差に応じて変速アクチュエータ位置を指令値として出力する従来技術の制御則の一部をそのまま使用できる。しかも、トラニオン変位の推定誤差が、一定の時定数のもとに指数関数的に減衰することが理論上裏付けられるため、制御装置の設計が一層容易になる。また、状態観測用フィルタ手段１０６は入力から出力への直達項を持たないことから、入力から出力までがローパスフィルタ特性となり、傾転角度に含まれる高周波数の検出ノイズを除去する性能を兼ね備える。
【０１１５】
次に、指令値演算器２００では、状態観測用フィルタ手段１０６で演算したトラニオン変位推定値ｙ_ｔを入力して、式（５）、式（６）とで表される制御則を用いてステップモータ変位指令値ｕを出力する。
【０１１６】
以下において、制御装置で演算する変速制御演算を、図７に示すフローチャートを使い説明する。この変速制御演算は、ある所定の制御周期例えば１０ｍｓ毎に実行される。
【０１１７】
ステップＳ１００、Ｓ１０１では、ＴＣＶＴ入出力ディスク回転数ω_ｉｄ、ω_ｃｏ０を読み込む。
【０１１８】
ステップＳ１０２では、先ず、傾転角度検出手段１００がＴＣＶＴ入力ディスク回転数ω_ｉｄとＴＣＶＴ出力ディスク回転数検出値ω_ｏｄ０とから、式（１２）を用いて変速比ｉ_ｃを演算する。次に、図５に示す変速比ｉ_ｃと傾転角度φとの関係を示すマップを用いて、変速比ｉ_ｃから傾転角度φを算出する。
【０１１９】
ステップＳ１０３では、微分手段１０２がＴＣＶＴ出力ディスク回転数検出値ω_ｏｄ０を入力し、式（１３）で表されるローパスフィルタ演算を行い、ＴＣＶＴ出力ディスク回転数推定値ω_ｏｄとＴＣＶＴ出力ディスク回転数微分値ω´_ｏｄとを算出する。
【０１２０】
ステップＳ１０４では、積分値算出手段１０４が、式（１５）を用いて、ＴＣＶＴ出力ディスク回転数推定値ω_ｏｄから回転数に依存する成分ｆ_１を算出する。
【０１２１】
ステップＳ１０５では、同じく積分値算出手段１０４が、傾転角度φを入力し、式（１７）を用いて、積分値ｑ（φ）を算出する。あるいは、予め式（１７）を演算して求めた図６に示すマップを用いて、傾転角度φから積分値ｑ（φ）を求める。
【０１２２】
ステップＳ１０６では、新状態量算出手段１０５が、式（１８）を用いて、ｆ_１とｑ（φ）とから新状態量ζ_１を算出する。
【０１２３】
ステップＳ１０７では、状態観測用フィルタ手段１０６が、傾転角度φとステップ数指令値ｕと新状態量ζ_１とＴＣＶＴ出力ディスク回転数推定値ω_ｏｄとＴＣＶＴ出力ディスク回転数微分値ω´_ｏｄとを入力し、式（１９）で表されるトラニオン変位推定値ｙ_ｔを算出する。
【０１２４】
ステップＳ１０８では、指令値演算器２００が、トラニオン変位推定値ｙ_ｔと傾転角度φと目標値φ^＊とを入力し、式（５）と式（６）とで表される制御則を演算し、ステップ数指令値ｕを算出する。
【０１２５】
したがって、状態観測器１１０は、ＴＣＶＴ１０の回転数の時間微分値ω´_ｏｄを演算する微分手段１０２を有し、状態観測用フィルタ手段１０６のフィルタ出力値を微分値で補正するので、変速の過渡状態における状態観測器の推定精度が向上する。
【０１２６】
次に第２の実施形態について説明する。
【０１２７】
第２実施形態の状態観測器１１０は、第１の実施形態に比して状態観測用フィルタ手段１０６の演算方法が異なるのみであり、図１から３に示す構成及び図４の傾転角度検出手段１００、回転数検出手段１０１、微分手段１０２、積分値算出手段１０３、ｆ_１算出手段１０４、新状態量算出手段１０５は、第１実施形態と同じであるので説明は省略する。
【０１２８】
第２実施形態の状態観測用フィルタ手段１０６では、新状態量ζ１と、後述する指令値演算器の出力であるステップモータ駆動速度指令値ｖと傾転角度φとを入力とし、次式で表されるフィルタを用いて、新状態量ζ１とトラニオン変位ｙとステップモータのステップ数ｕとを演算する。
【０１２９】
【数３４】式（２６）

【０１３０】
【数３５】

【０１３１】
ここで、Ｈ_ｂはオブザーバゲインである。オブザーバゲインは、次のように設定する。
【０１３２】
【数３６】式（２７）

【０１３３】
ここで、ｐ_ｂ０、ｐ_ｂ１、ｐ_ｂ２はオブザーバの極に関係する定数であり、オブザーバ極は、
ｓ＝−ｐ_ｂ０、ｓ＝−ｐ_ｂ１、ｓ＝−ｐ_ｂ２
となる。
【０１３４】
以下に、この状態推定手段の導出と、特徴を示す。ステップモータステップ数ｕを入力とし、傾転角度φとトラニオン変位ｙとを状態量として、ＴＣＶＴの動特性は式（１）で表される。また、ステップモータ駆動速度ｖとステップモータステップ数ｕとの関係は次式で表される。
【０１３５】
【数３７】式（２８）

【０１３６】
実施例１と同様に、式（１８）に示す状態変換を用いて、式（２２）と式（１）と式（２８）とから、ＴＣＶＴ１０の動特性は、状態量
【０１３７】
【数３８】

【０１３８】
として、次のように書き直すことができる。
【０１３９】
【数３９】式（２９）

【０１４０】
このように第１実施形態と同じ状態変換により、遷移行列Ａ_ｂは定数となる。この書き直されたＴＣＶＴ１０に対して、式（２６）に示すオブザーバは設計した。ζｂの推定値誤差ｅ_ｂを、
【０１４１】
【数４０】式（３０）

【０１４２】
として、式（２９）から式（２６）を引くと次式を得る。
【０１４３】
【数４１】式（３１）

【０１４４】
式（２６）は、誤差ｅ_ｂの減衰特性を表す誤差方程式である。Ａ_ｂ、Ｈ_ｂ、Ｃ_ｂ共に定数行列であるため、（Ａ_ｂ−Ｈ_ｂＣ_ｂ）も定数行列である。これは、誤差ｅ_ｂが指数関数的に減衰することを示す。
【０１４５】
指令値演算器２００では、状態観測用フィルタ手段で演算したトラニオン変位推定値とステップ数推定値とを入力して、ステップモータ駆動速度指令値を出力する。先ず、傾転角度φとトラニオン変位推定値ｙ_ｔとステップ数推定値ｕ_ｔから、次に示す微分同相写像を用いて、傾転角速度推定値φ´_ｔと傾転角加速度推定値φ´´_ｔとを演算する。
【０１４６】
【数４２】式（３２）

【０１４７】
【数４３】式（３３）

【０１４８】
ここで、ｆ´は次式で表される。
【０１４９】
【数４４】式（３４）

【０１５０】
次に、次式に示す制御則を用いて、ステップモータ駆動速度指令値ｖを演算する。
【０１５１】
【数４５】式（３５）

【０１５２】
【数４６】式（３６）

【０１５３】
ここで、φ^＊は目標傾転角度、ω_ｎは目標傾転角度に対する傾転角度の応答速度を決める定数、ｋはスイッチングゲイン、εはスイッチングゲインを制御誤差σのゼロ近傍で連続化する定数である。式（３５）、式（３６）はスライディングモード制御則である。式（３５）により、制御誤差がゼロになる方向ヘステップモータは駆動される。式（３６）において、σ＝０とすると次式を得る。
【０１５４】
【数４７】式（３７）

【０１５５】
このように、σ＝０のとき、目標傾転角度に対して傾転角度は式（３７）に示す動特性で応答する。
【０１５６】
また、ステップモータが指令値どおりに動作せず、脱調が起こっている場合を考える。式（２９）に脱調による外乱ｄ_ｕを加えたＴＣＶＴモデルは、次式で表される。
【０１５７】
【数４８】式（３８）

【０１５８】
【数４９】

【０１５９】
式（３８）から式（２６）を引くと、次の誤差方程式を得る。
【０１６０】
【数５０】式（３９）

【０１６１】
式（３９）に示す誤差方程式は安定であると仮定する。このとき、誤差ｅ_ｂの定常値ｅ_ｂ０は、式（３９）においてｅ´_ｂ＝０として次式で表される。
【０１６２】
【数５１】式（４０）

【０１６３】
このように、脱調が起こっても、傾転角度φの定常誤差とトラニオン変位ｙの定常誤差とはゼロである。さらに、式（４０）から、ステップ数の推定値ｕ_ｔは、
【０１６４】
【数５２】

【０１６５】
となる。これは、外乱を含んだ実際のステップ数が推定できることを示しており、ステップ数の推定誤差はない。
【０１６６】
したがって本実施形態によれば、変速アクチュエータ指令値は、変速アクチュエータ駆動速度指令値であり、状態観測器１１０は、ＴＣＶＴ１０の回転数を検出または推定する回転数検出手段１０１と、トラニオン軸方向変位に対する傾転角速度への感度のうち、ＴＣＶＴ１０の回転数に依存する成分ｆ_１を算出するｆ_１算出手段１０３と、前記積分値に比例し、ｆ_１に反比例する新状態量を演算する新状態量演算手段１０５と、この新状態量と変速アクチュエータの駆動速度指令値とＴＣＶＴ１０の回転数とを入力とし、新状態量推定値とトラニオン変位推定値と変速アクチュエータ変位推定値とを出力する状態観測用フィルタ手段１０６とを有する構成としたので、すべての推定値のずれは脱調の有無によらずゼロに収束するこれにより、ステップ数を検出するためのセンサを追加することによるコストの増加を防止できると共に、ステップ数の初期化を行う必要もなくなる。また、状態観測用フィルタも直達項がないため、傾転角度に含まれる高周波数の検出ノイズの除去できる。
【０１６７】
次に、図９のような駆動状態判断手段１２０を考える。駆動状態判断手段１２０は、ステップモータ駆動パルスの積算値をｕ_Ｉｔとし、ｕ_Ｉｔと前記状態観測用フィルタ手段の出力ｕ_ｔを比較する。そして、例えば、定常時にｕ_ｔとｕ_Ｉｔとが大きく異なるなら、脱調していると判断する。また例えば、ｕ_ｔの変化とｕ_Ｉｔの変化とを比較して、ステップモータ異常（ステップモータの固着等）の判断を行う。
【０１６８】
以下において、制御装置８０で演算する変速制御演算を、図７に示すフローチャートを使い説明する。この変速制御演算は、ある所定の制御周期、例えば１０ｍＳ毎に実行される。
【０１６９】
ステップＳ１００からステップＳ１０６は、第１実施形態と同じであるため、説明は省略する。
【０１７０】
ステップＳ１０７では、傾転角度φとステップモータ駆動速度指令値ｖとζ_１とＴＣＶＴ出力ディスク回転数推定値ω_ｏｄとＴＣＶＴ出力ディスク回転数微分値ω´_ｏｄとを入力し、式（２６）で表される状態観測器１１０を演算し、トラニオン変位推定値ｙ_ｔとステップモータステップ数推定値ｕ_ｔとを算出する。
【０１７１】
ステップＳ１０８では、トラニオン変位推定値ｙ_ｔとステップモータステップ数推定値ｕ_ｔと傾転角度φと目標値φ^＊とを入力し、式（３２）から式（３６）で表される制御則を演算し、ステップモータ駆動速度指令値ｖを算出する。
【０１７２】
図８に、この状態観測器１１０を用いて行った計算機シミュレーションの結果を示す。ステップ数に初期推定誤差ｄ_ｕを与えた。傾転角度φ、トラニオン変位ｙ、ステップ数ｕとも、推定誤差は安定に減衰し、指数関数的に減少することが確認できる。
【０１７３】
したがって、ＴＣＶＴ１０は、変速アクチュエータ駆動速度指令値の積分値と、変速アクチュエータ変位推定値とを比較して、変速アクチュエータの駆動状態を判断する駆動状態判断手段を有するので、ステップモータが駆動指令値どおりに駆動していないことが判断でき、モータ故障の判断等に利用できる。
【０１７４】
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内でさまざまな変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】無段変速機の概略構成図である。
【図２】無段変速機の変速制御油圧系構成図である。
【図３】制御装置を含んだ制御系構成図である。
【図４】状態観測器の構成図である。
【図５】傾転角度と変速比との関係図である。
【図６】傾転角度とｆ_２の逆数の積分値との関係図である。
【図７】制御装置の変速制御演算のフローチャートである。
【図８】計算機による本発明を用いたシミュレーション結果である。
【図９】駆動状態判断手段を含んだ制御系構成図である。
【符号の説明】
１０　トロイダル型無段変速機
５２　ステップモータ
５６　変速制御弁
１００　傾転角度検出装置
１０１　回転数検出手段
１０２　微分手段
１０３　ｆ_１算出手段
１０４　積分値算出手段
１０５　新状態量算出手段
１０６　状態観測用フィルタ手段
１１０　状態観測器
２００　指令値演算器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a toroidal type continuously variable transmission (hereinafter, referred to as TCVT) provided with a state observer.
[0002]
[Prior art]
As a conventional technique for estimating the trunnion displacement of a TCVT using a state observer, there is a technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-270772. The state observer described in this publication receives a command value (the number of steps of a step motor) of a shift actuator and a tilt angle φ as inputs and estimates a trunnion axial displacement y. In the related art, the TCVT to be estimated is modeled as in the following equation.
[0003]
Equation (1)

[0004]
(Equation 2)

[0005]
Where a₁, A₂, B are constants determined by the shape of TCVT, f (φ, ω_od) Is φ and ω_odAnd g is the valve gain of the shift control valve. f (φ, ω_od) Is represented by the following equation.
[0006]
Equation (2)

[0007]
Where η, θ, c_fIs a constant determined by the TCVT structure, ω_odIs the output disk rotation speed of TCVT. For this TCVT, the state observer is as follows.
[0008]
Equation (3)

[0009]
(Equation 5)

[0010]
Where φ_tIs the estimated tilt angle, y_tIs the estimated trunnion displacement, H₀Is the observer gain. The observer gain is set as follows.
[0011]
Equation (4)

[0012]
Where ω₀Is a positive constant that determines the speed at which the estimated value f converges to the true value x.
[0013]
Then, the tilt angle φ is set to the target value φ.^*The controller performs the following control law, and calculates a displacement command value to the shift actuator in accordance with the target value, the tilt angle, and the estimated value of the trunnion.
[0014]
(Equation 7)

[0015]
Equation (5)

[0016]
Equation (6)

[0017]
Where K_PIs the proportional gain of the PID controller, K_IIs the integral gain of the PID controller, s is the Laplace operator, K_DIs the differential gain of the PID controller.
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
Equation (2) is subtracted from equation (1) on both sides to obtain a true value x and an estimated value x_tAnd the estimation error e₀= Xx_tThen, the following equation is obtained.
[0019]
Equation (7)

[0020]
This equation (7) is an equation showing the dynamic characteristic of the estimation error. The transition matrix of this equation (A₀-H₀C₀) Is represented by the following equation.
[0021]
Equation (8)

[0022]
From equation (8) and equation (4), (A₀-H₀C₀) Yields (−ω₀, -Ω₀).
[0023]
However, in the state observer described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-270772, the transition matrix shown in Expression (8) is based on the tilt angle φ and the TCVT output disk rotation speed ω._odIt changes according to. This indicates that the time response of the deviation between the estimated trunnion displacement value and the actual trunnion displacement is a non-linear characteristic that does not decay exponentially. For this reason, it is difficult to design a theoretically supported controller in accordance with the time response of the deviation.
[0024]
As a result, in order to achieve the desired control performance, it is necessary to repeat computer simulations and experiments to adjust the parameters of the controller, which requires a long development time and cost. That is, there is a problem that it is difficult to design a control device that is theoretically supported in a short period of time.
[0025]
Further, when a step motor is used for the speed change actuator, the step motor does not operate according to the command value, and a phenomenon called step-out may occur in which a difference between the step number command value and the actual step number remains steadily. This shift is caused by the steady disturbance d of the input u of the state observer._uIt expresses. The TCVT model obtained by adding this disturbance to the equation (1) is expressed by the following equation.
[0026]
Equation (9)

[0027]
By subtracting equation (3) from equation (9), the following error equation is obtained.
[0028]
Equation (10)

[0029]
It is assumed that the error equation shown in equation (10) is stable. At this time, the estimation error e₀Steady-state value e₀₀Is the differential value e ′ in equation (10).₀= 0 and expressed by the following equation.
[0030]
[Equation 14]

[0031]
As described above, when a step-out occurs, a steady-state error remains in the estimated value. In order to constantly make the number of steps of the step motor coincide with the command value, there is a method of detecting the displacement output by the step motor using a sensor or the like, but this leads to an increase in cost. There is also a method of performing initialization by moving the step motor to the reference position as appropriate. Due to the restriction that initialization cannot be performed during traveling, initialization cannot always be performed at an appropriate time. That is, there is a problem that it is difficult to match the actual step number of the step motor with the command value at low cost.
[0032]
In view of such a problem, an object of the present invention is to provide a TCVT including a state observer with a small control error.
[0033]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a state observer for estimating a trunnion axial direction displacement based on a state equation of a continuously variable transmission that receives a command value of a shift actuator and outputs a tilt angle or a gear ratio, and a trunnion axial direction. In a toroidal-type continuously variable transmission including a command value calculator that calculates a command value of a shift actuator based on a displacement estimated value, the state observer includes a tilt angle detection unit that detects a tilt angle, and a trunnion shaft. Integrated value calculating means for integrating the reciprocal of the component depending on the tilt angle up to the tilt angle at the current time among the sensitivity to the tilt angular velocity with respect to the directional displacement, and using the calculated integrated value to calculate Conversion is performed so that the transition matrix of the state equation of the toroidal-type continuously variable transmission becomes a constant matrix.
[0034]
In a second aspect based on the first aspect, the shift actuator command value is a shift actuator displacement, and the state observer includes: a rotation speed detecting unit that detects a rotation speed of the toroidal-type continuously variable transmission; The component f of the sensitivity to the tilt angular velocity with respect to the axial displacement that depends on the rotation speed of the toroidal-type continuously variable transmission₁F to calculate₁Calculating means, and a component f proportional to the integral value and dependent on the rotational speed of the toroidal-type continuously variable transmission.₁A new state quantity calculating means for calculating a new state quantity inversely proportional to the input, the new state quantity, the displacement command value of the shift actuator and the rotational speed of the toroidal type continuously variable transmission, and a new state quantity estimated value and trunnion displacement And a state observation filter means for outputting an estimated value.
[0035]
In a third aspect based on the first aspect, the speed change actuator command value is a speed change actuator drive speed command value, and the state observer detects or estimates the speed of the toroidal-type continuously variable transmission. Of the detecting means and the sensitivity to the tilt angular velocity with respect to the trunnion axial displacement, the component f depending on the rotational speed of the toroidal type continuously variable transmission.₁F to calculate₁Calculating means, and a component f proportional to the integral value and dependent on the rotational speed of the toroidal-type continuously variable transmission.₁A new state quantity calculating means for calculating a new state quantity which is inversely proportional to the input, the new state quantity, the drive speed command value of the shift actuator and the rotational speed of the toroidal type continuously variable transmission, and a new state quantity estimated value and trunnion A state observation filter means for outputting the displacement estimation value and the shift actuator displacement estimation value;
[0036]
In a fourth aspect based on any one of the first to third aspects, the state observer has a differentiating means for calculating a time differential value of the rotation speed of the toroidal-type continuously variable transmission, The filter output value of the filter means is corrected by this differential value.
[0037]
According to a fifth aspect of the present invention, in the third or fourth aspect, there is provided a drive state determining means for determining the drive state of the shift actuator by comparing the integrated value of the shift actuator drive speed command value and the shift actuator displacement estimated value. .
[0038]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the state observer integrates a tilt angle dependent component of the tilt angle detecting means and the tilt angle velocity to the trunnion displacement up to the current time tilt angle. And an integrated value calculating means. The integrated value is used to form a transition matrix of the TCVT state equation based on a state equation converted so as to be a constant matrix. Since it is theoretically proved that the error decreases exponentially, computer simulations and experiments performed when designing the control device are reduced, and development time and cost can be reduced.
[0039]
According to the second aspect of the present invention, the shift actuator command value is a shift actuator displacement, the state observer detects a rotational speed of the TCVT or estimates a rotational speed, and tilts with respect to a trunnion axial displacement. Of the sensitivity to angular velocity, a component f that depends on the rotation speed of TCVT₁F to calculate₁Calculating means, and a component f proportional to the integral value and dependent on the rotational speed of the TCVT₁A new state quantity calculating means for calculating a new state quantity that is inversely proportional to the above, and inputting the new state quantity, the displacement command value of the speed change actuator and the rotation speed of the TCVT, and outputting a new state quantity estimated value and a trunnion displacement estimated value. Since the configuration includes the state observation filter means, a part of the conventional control law that outputs the shift actuator position as a command value in accordance with the deviation between the target value and the tilt angle can be used as it is. In addition, the fact that the estimation error of the trunnion displacement attenuates exponentially with a constant time constant is theoretically supported, so that the control device can be more easily designed. Further, since the state observation filter has no direct term from the input to the output, the filter from the input to the output has a low-pass filter characteristic, and also has a performance of removing high-frequency detection noise included in the tilt angle.
[0040]
According to the third aspect of the present invention, the shift actuator command value is a shift actuator drive speed command value, and the state observer is configured to detect or estimate the number of rotations of the TCVT; Among the sensitivity to the tilting angular velocity with respect to the rotational speed of the TCVT, the component f₁F to calculate₁Calculating means, and a component f proportional to the integral value and dependent on the rotational speed of the TCVT₁A new state quantity calculating means for calculating a new state quantity which is inversely proportional to the input, the new state quantity, the drive speed command value of the speed change actuator and the number of revolutions of the TCVT, And a state observation filter means for outputting an actuator displacement estimation value, so that all deviations of the estimation value converge to zero irrespective of the presence or absence of step-out, thereby providing a sensor for detecting the number of steps. Can be prevented from increasing the cost due to the addition, and the number of steps need not be initialized. Also, since the state observation filter has no direct term, it also has a feature of removing high frequency detection noise included in the tilt angle.
[0041]
According to the invention of claim 4, the state observer has a differentiating means for calculating a time differential value of the rotation speed of the TCVT, and corrects a filter output value of the state observing filter means with a differential value. The estimation accuracy of the state observer in the shift transient state is improved.
[0042]
According to the fifth aspect of the present invention, the TCVT includes a drive state determining means for determining the drive state of the shift actuator by comparing the integrated value of the shift actuator drive speed command value and the shift actuator displacement estimated value. It can be determined that the step motor is not driven according to the drive command value, and can be used for determining a motor failure or the like.
[0043]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0044]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a toroidal type continuously variable transmission 10 (hereinafter, referred to as TCVT), FIG. 2 is a cross-sectional view thereof, and a configuration of a transmission control system, and FIG. 3 is a TCVT. FIG. 4 is a configuration diagram including a controller that determines a shift command value that controls a tilt angle uniquely determined with respect to a gear ratio according to a target value, and FIG. 4 is a configuration of a state observer that estimates an axial displacement of a power roller. FIG.
[0045]
In the TCVT 10 shown in FIG. 1, the rotation of an engine (not shown) as a power source connected in the upper part of the figure is input to the TCVT 10 via a torque converter 12.
[0046]
As is well known, the torque converter 12 includes a pump impeller 12a, a turbine runner 12b, and a stator 12c. In particular, the torque converter 12 includes a lock-up clutch 12d.
[0047]
The TCVT 10 is provided with a torque transmission shaft 16 disposed coaxially with the output rotation shaft 14 of the torque converter 12, and the first toroidal transmission unit 18 and the second toroidal transmission unit 20 are provided on the torque transmission shaft 16 in tandem. Are located.
[0048]
The torque transmission shaft 16 is formed to be hollow, and is attached to the housing 22 so as to be able to move slightly in the axial direction. The first and second toroidal transmission portions 18 and 20 include a pair of a first input disk 18a, a first output disk 18b, a second input disk 20a, and a second output disk 20b, each of which faces a toroidal curved surface. And power rollers 18c, 18d and 20c, 20d that are brought into frictional contact between respective opposing surfaces.
[0049]
The first toroidal transmission unit 18 is disposed above the torque transmission shaft 16 in the drawing, and the second toroidal transmission unit 20 is disposed below the torque transmission shaft 16 in the drawing. The disk 18a and the second input disk 20a are arranged outside each other, and the first output disk 18b and the second output disk 20b are arranged inside each other. The first and second input disks 18a and 20a are fixed to the torque transmitting shaft 16 via ball splines 24 and 26 in the rotational direction and mounted so as to be able to smoothly move in the axial direction.
[0050]
On the other hand, the first and second output disks 18b and 20b are spline-coupled to an output gear 28 which is rotatably supported on the torque transmission shaft 16 so as to be transmitted to the first and second output disks 18b and 20b. The rotational force thus transmitted is transmitted to the counter shaft 30 via an input gear 30a meshing with the output gear 28, and further transmitted to an output shaft (not shown) via a rotational force output path.
[0051]
By the way, a loading cam device 34 is provided outside the first input disk 18a. The loading cam device 34 receives an input of the engine rotation transmitted through a rotational force input path, and responds to the input torque. The pressing force is generated by the loading cam device 34. The loading cam 34a of the loading cam device 34 is rotatably engaged with the torque transmission shaft 16 and is locked to the torque transmission shaft 16 via a thrust bearing 36.
[0052]
A disc spring 38 is provided between the second input disk 20a and the lower end of the torque transmission shaft 16 in the drawing. Accordingly, the pressing force generated by the loading cam device 34 acts on the first input disk 18a and also acts on the second input disk 20a via the torque transmission shaft 16 and the disc spring 38, and The preload generated by the disc spring 38 acts on the second input disc 20a and also acts on the first input disc 18a via the torque transmission shaft 16 and the loading cam device 34. .
[0053]
Incidentally, a forward / reverse switching device 40 that switches the rotation direction between when the vehicle is moving forward and when the vehicle is moving backward is provided on the torque input path between the loading cam device 34 and the torque converter 12.
[0054]
The forward / reverse switching device 40 includes a double planetary type planetary gear mechanism 42, a forward clutch 44 capable of fastening a carrier 42 a of the planetary gear mechanism 42 to the output rotary shaft 14, and a ring gear of the planetary gear mechanism 42. 42b is constituted by a reverse brake 46 which can be fastened to the housing 22.
[0055]
In the forward / reverse switching device 40, by engaging the forward clutch 44 and releasing the reverse brake 46, the rotation in the same direction as the engine rotation is input to the loading cam device, and the forward clutch 44 is released. By engaging the reverse brake 46 in this way, rotation in the reverse direction is input. In the planetary gear mechanism 42, 42c is a sun gear, 42d and 42e are planetary gears meshed with each other, and 42b is a ring gear.
[0056]
By the way, the power rollers 18c, 18d and 20c, 20d provided in the first toroidal transmission section 18 and the second toroidal transmission section 20 are symmetrically arranged with respect to the center axis c, and the respective power rollers are provided by a transmission control device. Through the shift control valve 56 and the hydraulic servo cylinder 50 according to the vehicle operating conditions, thereby continuously changing the rotation of the first and second input disks 18a and 20a. The power is transmitted to the first and second output disks 18b and 20b.
[0057]
Next, FIG. 2 is a mechanical configuration diagram of a hydraulic system that manages the shift of the TCVT.
[0058]
The power rollers 20c, 20d are supported by trunnions 23, 23, respectively, from the rear side. The trunnion 23 is connected to the servo piston 51 of the hydraulic servo cylinder 50, and is displaced by a differential pressure between the oil in the oil chamber 50a in the hydraulic servo cylinder 50 and the oil in the oil chamber 50b. The oil chambers 50a and 50b are connected to Hi-side port 56Hi and Low-side port 56Low of a shift control valve (shift control valve) 56, respectively. Is flowed to the Hi-side port 56Hi or the Low-side port 56Low, and the oil flows out from the other port to the drain 56D to change the differential pressure in the hydraulic servo.
[0059]
The spool 56S is connected to a step motor 52 (speed change actuator) and a later-described precess cam 55 by a link structure. The precess cam 55 is attached to one of the four trunnions, converts the vertical displacement of the power roller and the tilt angle of the power roller into a displacement of the link, and transmits the displacement to the spool 56S.
[0060]
The displacement of the spool 56S is determined by the displacement (drive position) of the step motor 52 and the displacement transmitted by the precess cam 55. The shift of the TCVT is performed by vertically displacing the trunnion 23 from an equilibrium point (the state where the rotation axis of the power roller intersects with the rotation axis of the input / output disk, as shown in FIG. 2). A difference occurs between the rotation direction vectors of the disc 20a and the discs 20a, and the power roller 20c tilts.
[0061]
At the time of steady shifting, the axial displacement y of the power roller 20c and the trunnion 23 has returned to the equilibrium point, and the displacement of the spool 56S is also at the neutral point and the valve is closed. And a position corresponding to the displacement of the step motor 52 determined by the link ratio.
[0062]
The precess cam 55 compensates for the deviation of the tilt angle from the target value by negatively feeding back the tilt angle of the power roller 20c to the displacement of the spool 56S, and also adjusts the displacement of the power roller 20c and the trunnion 23 from the equilibrium point by the spool 56S. Negative feedback is provided to the displacement of the motor to give a damping effect in a transient state, thereby suppressing hunting of shifting.
[0063]
That is, the end point of the shift is determined by the displacement of the step motor 52. In the course of a series of shifts, by changing the step motor displacement, the spool 56S is displaced, the valve opens, and the differential pressure of the servo piston changes. As a result, the power roller is displaced from the equilibrium point and tilts, and at a point where the tilt angle corresponds to the step motor displacement, the spool 56S returns to the neutral point and the shift is completed.
[0064]
FIG. 3 is a configuration diagram of the TCVT 10 including the control device 80.
[0065]
The input disk rotation speed sensor 84 measures a pulse signal generated in synchronization with the rotation of any one of the input disks 18a and 21a as a cycle or a frequency, and calculates the input disk rotation speed ω._idIs detected. The output disk rotation speed sensor 83 measures a pulse signal generated in synchronization with the rotation of any one of the output disks 18b and 21b as a cycle or a frequency, and outputs the output disk rotation speed ω_odIs detected. The power roller rotation speed sensor 82 measures a pulse signal generated in synchronization with the rotation of any one of the power rollers 18c, 18d, 20c, and 20d as a period or a frequency, and measures the power roller rotation speed ω_prIs detected.
[0066]
The tilt angle sensor 85 detects the tilt angle φ using a rotary encoder or the like.
[0067]
The control device 80 mainly composed of a microcomputer provides an input disk rotation speed ω_idAnd the output disk speed ω_odAnd the power roller speed ω_prAnd the tilt angle φ are input, and the command value of the step motor 52 is calculated.
[0068]
FIG. 4 shows an example of the state observer 110 of the present invention which constitutes the control device 80. The state observer 110 includes the following units, and outputs a state estimated value to the command value calculator 200.
[0069]
The tilt angle detecting means 100 sets the output of the tilt angle sensor 85 as the tilt angle φ, for example. Or the gear ratio i_cFrom the following equation, the gear ratio i_cAnd the tilt angle φ.
[0070]
Equation (11)

[0071]
Here, η and θ are constants determined by the shape of the TCVT 10. The gear ratio i shown in equation (11)_cFIG. 5 shows the relationship between the tilt angle and the tilt angle φ. Transmission ratio i_cIs, for example, the output ω of the input disk speed sensor._idAnd output disk speed sensor output ω_od0Therefore, the calculation may be performed using the following equation.
[0072]
Equation (12)

[0073]
Also, the output disk rotation speed detection value ω_od0And input disk speed ω_idAnd power roller speed ω_prAnd the tilt angle φ have the following relationship.
[0074]
[Equation 17]

[0075]
(Equation 18)

[0076]
Using this relationship, the power roller rotation speed ω_prFrom the detected value of the rotation angle ω and the detected value of the tilt angle φ,_od0And input disk speed ω_idMay be calculated using the relationship shown in equation (12).
[0077]
For example, the rotation number detecting means 101 outputs the output of the output disk rotation number sensor to the TCVT rotation number detection value ω._od0And
[0078]
The differentiating means 102 detects the rotational speed detection value ω of the TCVT 10_od0, The low-pass filter operation represented by the following equation is performed.
[0079]
Equation (13)

[0080]
The output ω of the filter represented by equation (13)_od0Is the rotation speed estimation value of the TCVT 10, and the intermediate variable ω ′_odIs output as the rotational speed differential value of the TCVT 10.
[0081]
The integration value calculation means 104 inputs the tilt angle φ, and integrates a component depending on the tilt angle φ in the sensitivity to the tilt angular velocity with respect to the trunnion axial displacement y to the tilt angle at the current time. The sensitivity f to the tilt angular velocity with respect to the trunnion axial displacement is represented by the equation (2) as described above. This sensitivity f is a component f that depends on the rotational speed of the TCVT 10 as follows.₁And the component f depending on the tilt angle₂And the constant part c_fAnd divided into
[0082]
Equation (14)

[0083]
Equation (15)

[0084]
Equation (16)

[0085]
F up to the tilt angle φ at the current time₂The integral q (φ) related to the reciprocal tilt angle of (φ) is obtained using the following equation.
[0086]
Equation (17)

[0087]
f₁The calculation means 103 calculates the rotational speed ω of the TCVT 10_od0Is input, and among the sensitivities to the tilt angular velocity with respect to the trunnion axial displacement, the rotation speed ω of the TCVT 10_odComponent f depending on₁Is calculated using equation (15).
[0088]
In the new state quantity calculating means 105, the integrated value q (φ) and f₁(Ω_od0) And calculate the new state quantity ζ1 using the following equation.
[0089]
Equation (18)

[0090]
In the state observation filter means 106, the new state quantity ζ₁And a step motor displacement command value u and a tilt angle φ, which are outputs of a command value calculator 200 to be described later, and a new state quantity ζ using a filter expressed by the following equation.₁And the estimated value of the trunnion displacement y_1t, Y_tIs calculated.
[0091]
Equation (19)

[0092]
(Equation 26)

[0093]
H_aIs the observer gain. The observer gain is set as follows.
[0094]
Equation (20)

[0095]
Where p₁₀, P₁₁Is a constant related to the observer pole, and the observer pole is
s = -p₁₀, S = −p₁₁
It becomes.
[0096]
The derivation and features of the state observer 110 of the present invention will be described below.
[0097]
The dynamic characteristic of the TCVT 10 is represented by equation (1), where the number of steps u of the step motor is input, and the tilt angle φ and the trunnion displacement y are state quantities. The following equation is obtained by differentiating equation (18) with time on both sides.
[0098]
Equation (21)

[0099]
From Expression (21), Expression (1), and Expression (14), the following expression is obtained.
[0100]
Equation (22)

[0101]
As described above, using the state conversion shown in the equation (18), the dynamic characteristics of the TCVT are expressed by the following equation from the equations (22) and (1).
[0102]
[Equation 30]

[0103]
Can be rewritten as follows:
[0104]
Equation (23)

[0105]
Summarizing the above state conversion, the sensitivity f (φ, ω) of the tilt angular velocity to the trunnion displacement y is expressed by Expression (14)._od) Is replaced by a component f depending on the tilt angle represented by the equation (16)₂(Φ) and other parts are set, and the new state quantity is set as expressed by equation (18). At this time, the differential value of the new state quantity is expressed by Expression (21), and the coefficient of the tilt angular velocity φ ′ is expressed by f (φ, ω) expressed by Expression (14)._od0).
[0106]
As a result, the time-varying term of the coefficient of the trunnion displacement y is canceled from the equations (1) and (21), and the coefficient becomes a constant value as shown in the equation (22). Then, considering the dynamic characteristics of TCVT as a substitute for the state quantity of the tilt angle, the new state quantity is represented by a transition matrix A as expressed by Expression (23)._aBecomes a constant.
[0107]
An observer represented by the equation (19) is designed for the rewritten TCVT 10.
[0108]
Where the state quantity ζ_aError e_aTo
[0109]
Equation (24)

[0110]
The following equation is obtained by subtracting equation (19) from equation (23).
[0111]
Equation (25)

[0112]
Equation (25) gives the error e_a6 is an error equation representing the attenuation characteristic of. A_a, H_a, C_aSince both are constant matrices, (A_a-H_aC_a) Is also a constant matrix. This is the error e_aDecays exponentially.
[0113]
Therefore, the state observer 110 of the present invention includes the tilt angle detecting means 100 for detecting or estimating the tilt angle of the trunnion, and the component f of the sensitivity to the tilt angular velocity with respect to the trunnion displacement, which depends on the tilt angle.₂Is calculated up to the tilt angle at the current time, using the integrated value to form a transition matrix of the state equation of the TCVT 10 based on a state equation converted into a constant matrix. It is theoretically proved that the error between the actual value and the estimated value decreases exponentially, which reduces computer simulations and experiments when designing the control device, reducing development time and cost. it can.
[0114]
Further, the shift actuator command value of the present invention is a shift actuator displacement, and the state observer 110 includes a rotational speed detecting means 101 for detecting or estimating the rotational speed of the TCVT 10 and a sensitivity of the tilt angle angular velocity with respect to the trunnion axial displacement. Of which the component f depending on the rotation speed of the TCVT 10₁F to calculate₁Calculating means 103, a component f proportional to the integral value and dependent on the rotational speed;₁A new state quantity calculating means 105 for calculating a new state quantity that is inversely proportional to the above, and inputting the new state quantity, the displacement command value of the shift actuator, and the rotation speed of the TCVT 10, and calculating the new state quantity estimated value and the trunnion displacement estimated value. Since the configuration includes the output state observation filter means 106, a part of the conventional control law that outputs the shift actuator position as a command value in accordance with the deviation between the target value and the tilt angle can be used as it is. In addition, the fact that the estimation error of the trunnion displacement attenuates exponentially with a constant time constant is theoretically supported, so that the control device can be more easily designed. Further, since the state observation filter means 106 does not have a direct term from the input to the output, it has low-pass filter characteristics from the input to the output, and also has a performance of removing high-frequency detection noise included in the tilt angle.
[0115]
Next, the command value calculator 200 calculates the trunnion displacement estimated value y calculated by the state observation filter means 106._tAnd outputs the step motor displacement command value u by using the control law expressed by the equations (5) and (6).
[0116]
Hereinafter, the shift control calculation performed by the control device will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The shift control calculation is executed at a predetermined control cycle, for example, every 10 ms.
[0117]
In steps S100 and S101, the TCVT input / output disk rotation speed ω_id, Ω_co0Read.
[0118]
In step S102, first, the tilt angle detecting means 100 sets the TCVT input disk rotation speed ω_idAnd TCVT output disk rotation speed detection value ω_od0From equation (12), the gear ratio i_cIs calculated. Next, the gear ratio i shown in FIG._cSpeed ratio i using a map showing the relationship between_cIs calculated from the above.
[0119]
In step S103, the differentiating means 102 sets the TCVT output disk rotation speed detection value ω_od0, And performs a low-pass filter operation represented by the equation (13) to obtain a TCVT output disk rotation speed estimated value ω_odAnd TCVT output disk rotational speed differential value ω ′_odIs calculated.
[0120]
In step S104, the integral value calculating means 104 uses the equation (15) to calculate the TCVT output disk rotational speed estimated value ω_odFrom the component f₁Is calculated.
[0121]
In step S105, the integral value calculating means 104 similarly inputs the tilt angle φ, and calculates the integral value q (φ) using Expression (17). Alternatively, the integrated value q (φ) is obtained from the tilt angle φ using the map shown in FIG.
[0122]
In step S106, the new state quantity calculating unit 105 calculates f using equation (18).₁And q (φ), the new state quantity ζ₁Is calculated.
[0123]
In step S107, the state observation filter means 106 determines the tilt angle φ, the step number command value u, and the new state quantity ζ.₁And TCVT output disk rotation speed estimated value ω_odAnd TCVT output disk rotational speed differential value ω ′_odAnd the trunnion displacement estimated value y represented by the equation (19) is input._tIs calculated.
[0124]
In step S108, the command value calculator 200 calculates the trunnion displacement estimated value y_tAnd tilt angle φ and target value φ^*Is input, and the control rule represented by Expressions (5) and (6) is calculated to calculate the step number command value u.
[0125]
Therefore, the state observer 110 calculates the time differential value ω ′ of the rotation speed of the TCVT 10._odIs calculated, and the filter output value of the state observation filter means 106 is corrected by the differential value, so that the estimation accuracy of the state observer in the transient state of the shift is improved.
[0126]
Next, a second embodiment will be described.
[0127]
The state observer 110 of the second embodiment is different from the first embodiment only in the operation method of the state observation filter means 106. The configuration shown in FIGS. 1 to 3 and the tilt angle detection of FIG. Means 100, rotation number detecting means 101, differentiating means 102, integral value calculating means 103, f₁The calculation means 104 and the new state quantity calculation means 105 are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0128]
The state observation filter means 106 according to the second embodiment receives a new state quantity ζ1, a step motor drive speed command value v and a tilt angle φ which are outputs of a command value calculator described later, and obtains the following equation. The new state quantity 状態 1, the trunnion displacement y, and the number of steps u of the step motor are calculated using the filter.
[0129]
Equation (26)

[0130]
(Equation 35)

[0131]
Where H_bIs the observer gain. The observer gain is set as follows.
[0132]
Equation (27)

[0133]
Where p_b0, P_b1, P_b2Is a constant related to the observer pole, and the observer pole is
s = -p_b0, S = −p_b1, S = −p_b2
It becomes.
[0134]
The derivation of this state estimating means and its characteristics will be described below. The dynamic characteristic of the TCVT is expressed by equation (1) with the input of the step motor step number u and the state of the tilt angle φ and the trunnion displacement y. The relationship between the step motor drive speed v and the step motor step number u is expressed by the following equation.
[0135]
Equation (28)

[0136]
Similarly to the first embodiment, the dynamic characteristics of the TCVT 10 are calculated from the equations (22), (1) and (28) using the state conversion shown in the equation (18).
[0137]
[Equation 38]

[0138]
Can be rewritten as follows:
[0139]
Equation (29)

[0140]
As described above, by the same state conversion as in the first embodiment, the transition matrix A_bIs a constant. The observer shown in the equation (26) is designed for the rewritten TCVT 10. Estimation error e of ζb_bTo
[0141]
Equation (30)

[0142]
The following equation is obtained by subtracting equation (26) from equation (29).
[0143]
Equation (31)

[0144]
Equation (26) gives the error e_b6 is an error equation representing the attenuation characteristic of. A_b, H_b, C_bSince both are constant matrices, (A_b-H_bC_b) Is also a constant matrix. This is the error e_bDecays exponentially.
[0145]
The command value calculator 200 receives the trunnion displacement estimated value and the step number estimated value calculated by the state observation filter means, and outputs a step motor drive speed command value. First, the tilt angle φ and the estimated trunnion displacement value y_tAnd the estimated number of steps u_tFrom the following diffeomorphism mapping, the tilt angular velocity estimated value φ ′_tAnd estimated tilt angle acceleration φ ″_tIs calculated.
[0146]
Equation (32)

[0147]
Equation (33)

[0148]
Here, f 'is expressed by the following equation.
[0149]
Equation (34)

[0150]
Next, a step motor drive speed command value v is calculated using the control rule shown in the following equation.
[0151]
Equation (35)

[0152]
Equation (36)

[0153]
Where φ^*Is the target tilt angle, ω_nIs a constant that determines the response speed of the tilt angle with respect to the target tilt angle, k is a switching gain, and ε is a constant that makes the switching gain continuous near zero of the control error σ. Equations (35) and (36) are the sliding mode control rules. According to the equation (35), the step motor is driven in the direction in which the control error becomes zero. In equation (36), if σ = 0, the following equation is obtained.
[0154]
Equation (37)

[0155]
Thus, when σ = 0, the tilt angle responds to the target tilt angle with the dynamic characteristics shown in equation (37).
[0156]
It is also assumed that the stepping motor does not operate according to the command value and the step-out occurs. Equation (29) shows disturbance d due to step-out._uIs represented by the following equation.
[0157]
Expression (38)

[0158]
[Equation 49]

[0159]
By subtracting equation (26) from equation (38), the following error equation is obtained.
[0160]
Equation (39)

[0161]
It is assumed that the error equation shown in equation (39) is stable. At this time, the error e_bSteady-state value e_b0Is e ′ in equation (39)._b= 0 and expressed by the following equation.
[0162]
Equation (40)

[0163]
As described above, even if the step-out occurs, the steady-state error of the tilt angle φ and the steady-state error of the trunnion displacement y are zero. Further, from the equation (40), the estimated value u of the number of steps is obtained._tIs
[0164]
(Equation 52)

[0165]
It becomes. This indicates that the actual number of steps including disturbance can be estimated, and there is no estimation error of the number of steps.
[0166]
Therefore, according to the present embodiment, the shift actuator command value is the shift actuator drive speed command value, and the state observer 110 is provided with a rotation speed detecting unit 101 that detects or estimates the rotation speed of the TCVT 10 and a trunnion axial displacement. The component f of the sensitivity to the tilting angular velocity that depends on the rotation speed of the TCVT 10₁F to calculate₁Calculating means 103, f₁A new state quantity calculating means 105 for calculating a new state quantity that is inversely proportional to the input, the new state quantity, the drive speed command value of the shift actuator, and the number of revolutions of the TCVT 10 as inputs; With the configuration including the state observation filter means 106 for outputting the shift actuator displacement estimated value, the deviation of all estimated values converges to zero regardless of the presence or absence of step-out, thereby detecting the number of steps. This can prevent an increase in cost due to the addition of the sensor, and eliminates the need to initialize the number of steps. Further, since the state observation filter has no direct term, high-frequency detection noise included in the tilt angle can be removed.
[0167]
Next, consider the drive state determination means 120 as shown in FIG. The drive state determination means 120 calculates the integrated value of the step motor drive pulse as u_ItAnd u_ItAnd the output u of the state observation filter means_tCompare. Then, for example, u_tAnd u_ItIf there is a big difference, it is determined that you are out of sync. Also, for example, u_tChange and u_ItIs determined by comparing the change of the step motor with the change of the step motor.
[0168]
Hereinafter, the shift control calculation performed by the control device 80 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. This shift control calculation is executed at a predetermined control cycle, for example, every 10 mS.
[0169]
Steps S100 to S106 are the same as in the first embodiment, and a description thereof will not be repeated.
[0170]
In step S107, the tilt angle φ, the step motor drive speed command value v, and ζ₁And TCVT output disk rotation speed estimated value ω_odAnd TCVT output disk rotational speed differential value ω ′_odIs input, and the state observer 110 represented by the equation (26) is calculated, and the trunnion displacement estimated value y is calculated._tAnd the estimated value of the step motor step number u_tIs calculated.
[0171]
In step S108, the trunnion displacement estimated value y_tAnd the estimated value of the step motor step number u_tAnd tilt angle φ and target value φ^*Is input, and the control law expressed by the equation (36) is calculated from the equation (32) to calculate the step motor drive speed command value v.
[0172]
FIG. 8 shows the result of a computer simulation performed using this state observer 110. Initial estimation error d_uGave. It can be confirmed that the estimation error stably attenuates and decreases exponentially with respect to the tilt angle φ, the trunnion displacement y, and the number of steps u.
[0173]
Therefore, the TCVT 10 has the drive state determining means for determining the drive state of the shift actuator by comparing the integrated value of the shift actuator drive speed command value and the shift actuator displacement estimated value. It can be determined that the motor has not been driven, and can be used for determining a motor failure.
[0174]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is apparent that various changes can be made within the scope of the technical idea of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a continuously variable transmission.
FIG. 2 is a configuration diagram of a shift control hydraulic system of the continuously variable transmission.
FIG. 3 is a configuration diagram of a control system including a control device.
FIG. 4 is a configuration diagram of a state observer.
FIG. 5 is a relationship diagram between a tilt angle and a gear ratio.
FIG. 6 shows tilt angle and f₂FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a reciprocal and an integral value.
FIG. 7 is a flowchart of a shift control calculation of the control device.
FIG. 8 is a simulation result using a computer according to the present invention.
FIG. 9 is a configuration diagram of a control system including a driving state determination unit.
[Explanation of symbols]
10 toroidal type continuously variable transmission
52 step motor
56 ° shift control valve
100 ° tilt angle detector
101 ° rotation number detecting means
102 differentiating means
103 f₁Calculation means
104 integrated value calculating means
105 New state quantity calculation means
106 state observation filter means
110 ° state observer
200 command value calculator

Claims (5)

A state observer for estimating a trunnion axial displacement based on a state equation of a continuously variable transmission that outputs a tilt angle or a gear ratio with a command value of a shift actuator as an input, and a trunnion axial displacement estimated value based on the trunnion axial displacement. And a command value calculator for calculating a command value of the speed change actuator.
The state observer, a tilt angle detecting means for detecting a tilt angle,
Integration value calculating means for integrating the reciprocal of the component depending on the tilt angle up to the tilt angle at the current time, among the sensitivity to the tilt angular velocity with respect to the trunnion axial displacement,
And converting the transition matrix of the state equation of the toroidal type continuously variable transmission into a constant matrix using the calculated integral value. The shift actuator command value is a shift actuator displacement, and the state observer includes a rotational speed detecting unit that detects a rotational speed of the toroidal type continuously variable transmission, and a sensitivity to a tilt angular velocity with respect to a trunnion axial displacement. and f ₁ calculating means for calculating a component f ₁ which depends on the rotational speed of the toroidal type continuously variable transmission, in proportion to the integral value is inversely proportional to the component f ₁ which depends on the rotational speed of the toroidal type continuously variable transmission A new state quantity calculating means for calculating a new state quantity, the new state quantity, the displacement command value of the speed change actuator, and the rotation speed of the toroidal type continuously variable transmission are input, and the new state quantity estimated value, the trunnion displacement estimated value, 2. The continuously variable transmission according to claim 1, further comprising: a state observation filter unit that outputs a signal. The speed change actuator command value is a speed change actuator drive speed command value, and the state observer includes a rotation speed detecting means for detecting or estimating the rotation speed of the toroidal-type continuously variable transmission, and a tilt angular velocity with respect to the trunnion axial displacement. of sensitivity to, and f ₁ calculating means for calculating a component f ₁ which depends on the rotational speed of the toroidal type continuously variable transmission, in proportion to the integrated value, dependent on the rotational speed of the toroidal type continuously variable transmission component new state quantity calculating means for calculating a new state quantity that is inversely proportional to f ₁ , a new state quantity, a drive speed command value of a shift actuator, and a rotation speed of a toroidal-type continuously variable transmission, and a new state quantity estimated value The continuously variable transmission according to claim 1, further comprising: a state observation filter unit that outputs a trunnion displacement estimated value and a shift actuator displacement estimated value. The state observer has a differentiating means for calculating a time differential value of the rotation speed of the toroidal type continuously variable transmission, and corrects a filter output value of the state observing filter means with the differential value. The continuously variable transmission according to claim 1. 5. A drive state judging device according to claim 3, further comprising a drive state judging means for judging a drive state of the shift actuator by comparing an integral value of the shift actuator drive speed command value and an estimated value of the shift actuator displacement. Step transmission.

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