JP2004347064A

JP2004347064A - ベルト式無段変速機の変速制御フィードバック系の設計方法

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Publication number: JP2004347064A
Application number: JP2003146501A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Kamiya; 敏彦神谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】ベルト式無段変速機の変速制御フィードバック系を容易に設計する。
【解決手段】設計方法は、ＣＶＴ簡易モデルのステップ応答を求めて、定常ゲインａ、立上り時定数Ｔを測定するステップ（Ｓ１００）と、ステップ状に目標プライマリプーリ回転数ＮＩＮを変化させたときに追従するまでの目標応答時間Ｔｒを設定するステップ（Ｓ２００）と、定常ゲインａと立上り時定数Ｔと目標応答時間Ｔｒとに基づいて、比例ゲインＫｐと積分時間Ｋｉとを算出するステップ（Ｓ３００）と、算出された比例ゲインＫｐおよび積分時間Ｋｉを用いて、積分先行型フィードバック系を設計するステップ（Ｓ４００）とを含む。
【選択図】図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動変速機の制御系の設計方法に関し、特に、自動変速機としてベルト式無段変速機の変速制御フィードバック系の設計方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両においては、トランスミッションの変速比を車両の走行状況に応じて調整する自動変速機として、変速比を無段階に調整するベルト式無段変速機（ＣＶＴ：ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙＶａｒｉａｂｌｅＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）が搭載されることがある。
【０００３】
このＣＶＴは、エンジン出力を効率的に引き出すことが可能であり、燃費および走行性能の向上に優れる。実用化されたＣＶＴの１つとして、金属ベルトと一対のプーリとを用いて、油圧によってプーリの有効径を変化させることで連続的に無段階の変速を実現するものがある。無端金属ベルトが、入力軸に取付けられた入力側プーリ（プライマリプーリ）および出力軸に取付けられた出力側プーリ（セカンダリプーリ）に巻き掛けられて使用される。
【０００４】
入力側プーリおよび出力側プーリは、溝幅を無段階に変えられる１対のシーブをそれぞれ備え、溝幅を変えることで、無端金属ベルトの入力側プーリおよび出力側プーリに対する巻付け半径が変わり、これにより入力軸と出力軸との間の回転数比、すなわち変速比を連続的に無段階に変化させることができる。
【０００５】
さらに詳しく説明すると、まず、無段変速機を制御するＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）は、アクセル開度と車速とから、運転者が必要とする目標エンジン出力を決定して、目標エンジン出力をエンジンの最適燃費線上で実現できるようにプライマリプーリの目標回転数を決定する。ＥＣＵは、プライマリプーリ回転数センサで検知される実際のプライマリプーリの回転数が、目標回転数になるように（すなわち、実際のプライマリプーリの回転数と目標回転数との差である偏差がゼロになるように）フィードバック制御を実行する。このようなフィードバック制御に基づいて、ＥＣＵがＣＶＴの油圧回路を制御して無段階の変速を実行する。エンジンを制御するＥＣＵは、目標エンジン出力とエンジン回転数とにより、目標エンジントルクを決定しスロットル開度を制御してエンジンを制御する。このように、制御されるので、エンジン出力を効率的に引き出すことが可能であり、燃費および走行性能の向上に優れるという特徴を有する。
【０００６】
したがって、ＣＶＴにおいては、目標エンジン出力をエンジンの最適燃費線上で実現するプライマリプーリの回転数を目標値とするフィードバック制御系が構築される。
【０００７】
特開平１１−８２７０１号公報（特許文献１）は、外乱を補償しながら、正確な変速比制御を行なう無段変速機の変速比制御装置を開示する。この無段変速機の変速比制御装置は、アクチュエータに駆動される変速制御弁からの油圧に基づいて変速比が無段階に可変制御される無段変速機と、車両の運転状態または運転者からの指令に応じて無段変速機の目標変速比を設定する目標変速比設定部と、実際の変速比を検出する実変速比検出部と、無段変速機に加わる外乱を補償して所定の動特性となるよう目標変速比に基づいて変速比指令値を演算する外乱補償部と、実変速比が変速比指令値に一致するようにアクチュエータ駆動する駆動部とを備えた無段変速機の変速比制御装置において、外乱補償部は、外乱補償後の変速比指令値と外乱補償前の変速比指令値から変速制御弁の開口量を推定演算し、この開口量の推定値に基づいて動特性を決定する時定数を変更する。
【０００８】
この無段変速機の変速比制御装置によると、外乱補償後の変速比指令値と、外乱補償前の変速比指令値から変速制御弁の開口量を推定演算することで、例えば、変速制御弁とアクチュエータをリンクによって連結して、アクチュエータの駆動量と変速比の関係が非線形となる場合、推定演算した変速制御弁の開口量と実際の開口量の偏差を縮小することが可能となる。そのため、従来のように制御対象の動特性と制御対象時定数が一致しなくなるのを防いで、制御対象のモデル化誤差を低減することにより、アクチュエータの駆動量のずれ（脱調）やリンクのガタ等に起因する変速比のふらつきを防止して予め設定した変速比応答を得ることができる。その結果、運転者に与える違和感を抑制して無段変速機を備えた車両の運転性を向上させることが可能となる。
【０００９】
特開２０００−２４０７８０号公報（特許文献２）は、変速比機構部の動作が制限された場合に目標変速比と実変速比との偏差を減少させて、目標とする変速比応答を実現する無段変速機の変速比制御システムを開示する。この無段変速機の変速比制御システムは、運転状態に応じて決まる到達変速比と、所定の動特性を表す時定数と、推定された無段変速機の動特性を表す時定数とに基づき変速比指令値を演算する変速比指令値演算部と、到達変速比と、所定の動特性を表す時定数とに基づき目標変速比を演算する目標変速比演算部と、目標変速比と実変速比との偏差に基づき変速比指令値の補正量を演算する補正量演算部と、補正量に基づき変速比指令値を補正する変速比指令値補正部と、補正後の変速比指令値に基づき無段変速機を制御する制御部とを備える。
【００１０】
この無段変速機の変速比制御システムによると、実変速比が所定の動特性をもって運転条件に応じて決まる到達変速比に近づくように無段変速機が制御される。実変速比は所定の動特性と到達変速比に基づき演算される目標変速比に追従する。ステップモータの駆動速度制限や角位置制限等を受けて実変速比が所定の動特性で到達変速比に近づかず、目標変速比と実変速比とに偏差が生じた場合には、変速比指令値にその偏差に応じた補正が施される。これにより、目標変速比と実変速比との偏差を縮小することができ、ステップモータの駆動速度制限や角位置制限を受けたとしてもそれによって変速比応答性能が悪化するのを抑えることができる。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１１−８２７０１号公報
【００１２】
【特許文献２】
特開２０００−２４０７８０号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した公報においては、以下に示す問題点がある。
【００１４】
特許文献１に開示された無段変速機の変速比制御装置においては、プライマリプーリとセカンダリプーリのＶ字状プーリ溝の幅を変化させるために、プライマリプーリシリンダ室への油圧を制御する。変速比制御装置は、油圧コントロールバルブの変速制御弁を駆動するステップモータを制御する。このとき、制御対象である無段変速機の変速機構の動特性を一次遅れと無駄時間で表わし、安定性を考慮して、制御パラメータをチューニングする。このとき、外乱補償部が、変速制御弁の開口量を推定演算し、この開口量の推定値に基づいて動特性を決定する時定数を変更する。このように時定数を変更するので、推定演算した変速制御弁の開口量と実際の開口量の偏差を縮小して制御対象の動特性と制御対象時定数が一致しなくなるのを防いで、制御対象のモデル化誤差を低減できる。しかし、このようなモデル化誤差を低減するだけでは良好な制御特性を得ることができず、制御パラメータを種々の方法でチューニングしなければならない。このチューニングは、試行錯誤的な処理となり設計者の作業負担が高い。さらに、開口量に起因する以外の無段変速機の動特性が変化した場合には、再設計が必要になる。
【００１５】
特許文献２に開示された無段変速機の変速比制御システムにおいても、特許文献１と同じように、制御対象である無段変速機の変速機構の動特性を一次遅れと無駄時間で表わし、安定性を考慮して、制御パラメータをチューニングする。このとき、実変速比が所定の動特性で到達変速比に近づかず、目標変速比と実変速比とに偏差が生じた場合には、変速比指令値にその偏差に応じた補正が行なわれる。しかし、このような変速比指令値に対する補正を行なうだけでは良好な制御特性を得ることができず、制御パラメータを種々の方法でチューニングしなければならない。このチューニングは、試行錯誤的な処理となり設計者の作業負担が高い。さらに、無段変速機の動特性が変化した場合には、再設計が必要になる。
【００１６】
このように、特許文献１および特許文献２に開示された技術では、上述したように、いずれも制御パラメータ（たとえば、ＰＩＤ制御系における比例ゲイン、積分時間、微分時間など）をチューニングするために多大な作業が必要である。このようなチューニングを簡易にするために、限界感度法などの設計手法もあるが、チューニングの作業負荷を十分に軽減するに至っていない。
【００１７】
また、制御対象の動特性を状態方程式で内部表現して、目標値のステップ状変化に対する定常偏差を０にするために、補償器として積分器を用いる、状態フィードバック制御という制御系がある。このような制御系として、積分型最適レギュレータやＬＱＩ（ＬｉｎｅａｒＱｕａｄｒａｔｉｃＩｎｔｅｇｒａｌ）制御といわれるものがある。これは、評価関数のパラメータとして状態変数に対する重み行列Ｑ、操作量に対する重み行列Ｒを設定して、評価関数を最小にするように、行列方程式を解いてフィードバックゲインを算出する。このようなＬＱＩ制御は、従来の制御系に対する利点もあるが、重み行列Ｑおよび重み行列Ｒの設定が煩雑であること、行列式を解かなければならないことから、車両の無段変速機の制御系に実装するためには、作業負荷が高い。
【００１８】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ＬＱＩ制御における制御性の良好性を実現しつつ、制御パラメータを設定して、積分先行型フィードバック制御系を容易に設計できるベルト式無段変速機の変速制御フィードバック系の設計方法を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る設計方法は、ベルト式無段変速装置の変速制御フィードバック系の設計方法である。フィードバック系はプライマリプーリの回転数を目標回転数に追従させる積分先行型フィードバック制御系を構成する。この設計方法は、ベルト式無段変速機を一次遅れ系のモデルで近似して、定常ゲインと立上り時定数とを算出する算出ステップと、プライマリプーリの目標回転数をステップ状に変化させたときの、目標とする応答時間を設定する設定ステップと、定常ゲインと立上り時定数と応答時間とに基づいて、積分先行型フィードバック制御系における比例ゲインと積分時間とを算出するパラメータ算出ステップとを含む。
【００２０】
第１の発明によると、直列補償型ではなく積分器を分離させた積分先行型の変速制御フィードバック系を設計するにあたり、たとえば、ＣＶＴモデルを簡易化して、最適化問題をＬＱＩ制御におけるリカッチ方程式に帰着させる。このようにすると、良好な追従性を実現できる制御パラメータである比例ゲインと積分時間とを、行列式ではない算術式で算出することができる。特に、ベルト式無段変速機の伝達関数を一次遅れ系で近似することにより、このような手法を実現している。その上で、算出ステップにて、その一次遅れ系のステップ応答における定常ゲインと立上り時定数とを算出して、設定ステップにて、プライマリプーリの目標回転数をステップ状に変化させたときの、目標とする応答時間を設定する。パラメータ算出ステップは、追従性が良いように設定された定常ゲインと立上り時定数と応答時間とに基づく比例ゲインと積分時間とを算出する。その結果、ＬＱＩ制御における制御性の良好性を実現しつつ、制御パラメータを設定して、積分先行型フィードバック制御系を容易に設計できる。この制御系は、ベルト式無段変速機の変速制御フィードバック系に適用できる。
【００２１】
第２の発明に係る設計方法においては、第１の発明の構成に加えて、設定ステップは、プライマリプーリの回転数が目標回転数の予め定められた値に到達する時間を応答時間として設定するステップを含む。
【００２２】
第２の発明によると、プライマリプーリの回転数が、たとえば目標回転数の９９％に到達する時間を応答時間として設定して、ステップ応答の目標応答時間を設定して、制御パラメータである比例ゲインと積分時間とを算出することができる。
【００２３】
第３の発明に係る設計方法においては、第１または２の発明の構成に加えて、パラメータ算出ステップは、定常ゲインと立上り時定数と応答時間とを用いた関数により比例ゲインを算出するステップと、応答時間を用いた関数により積分時間とを算出するステップとを含む。
【００２４】
第３の発明によると、比例ゲインは、定常ゲインと立上り時定数と応答時間とを用いた関数により算出され、積分時間は、応答時間を用いた関数により算出される。ＬＱＩ制御における制御性の良好性を実現しつつ、このような関数で制御パラメータを設定することができる。
【００２５】
第４の発明に係る設計方法においては、第３の発明の構成に加えて、関数は、ＬＱＩ制御における行列方程式に基づいて算出される関数である。
【００２６】
第４の発明によると、ＬＱＩ制御における制御性の良好性を実現しつつ、制御パラメータを設定することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２８】
本発明は、ベルト式無段変速機を制御する変速制御フィードバック制御系の設計方法に係るものであるが、このフィードバック制御系の設計方法を詳細に説明する前に、無段変速機の構造について説明する。
【００２９】
図１を参照して、本実施の形態に係る設計方法が適用されるベルト式無段変速機の制御装置を含む車両のパワートレーンについて説明する。本実施の形態に係る設計方法により設計されたフィードバック制御系は、図１に示すＥＣＵ１０００により実行される。
【００３０】
図１に示すように、この車両のパワートレーンは、エンジン１００と、トルクコンバータ２００と、前後進切換え装置２９０と、ベルト式無段変速機（ＣＶＴ）３００と、デファレンシャルギヤ８００と、ＥＣＵ１０００と、油圧制御部１１００とから構成される。
【００３１】
エンジン１００の出力軸は、トルクコンバータ２００の入力軸に接続される。エンジン１００とトルクコンバータ２００とは回転軸により連結されている。したがって、エンジン回転数センサにより検知されるエンジン１００の出力軸回転数ＮＥ（エンジン回転数ＮＥ）とトルクコンバータ２００の入力軸回転数（ポンプ回転数）とは同じである。
【００３２】
トルクコンバータ２００は、入力軸と出力軸とを直結状態にするロックアップクラッチ２１０と、入力軸側のポンプ羽根車２２０と、出力軸側のタービン羽根車２３０と、ワンウェイクラッチ２５０を有し、トルク増幅機能を発現するステータ２４０とから構成される。トルクコンバータ２００とＣＶＴ３００とは、回転軸により接続される。トルクコンバータ２００の出力軸回転数ＮＴ（タービン回転数ＮＴ）は、タービン回転数センサ４００により検知される。
【００３３】
ＣＶＴ３００は、前後進切換え装置２９０を介してトルクコンバータ２００に接続される。ＣＶＴ３００は、入力側のプライマリプーリ５００と、出力側のセカンダリプーリ６００と、プライマリプーリ５００とセカンダリプーリ６００とに巻き掛けられた金属製のベルト７００とから構成される。プライマリプーリ５００は、プライマリシャフトに固定された固定シーブおよびプライマリシャフトに摺動のみ自在に支持されている可動シーブからなる。セカンダリプーリ７００は、セカンダリシャフトに固定されている固定シーブおよびセカンダリシャフトに摺動のみ自在に支持されている可動シーブからなる。ＣＶＴ３００の、プライマリプーリの回転数ＮＩＮは、プライマリプーリ回転数センサ４１０により、セカンダリプーリの回転数ＮＯＵＴは、セカンダリプーリ回転数センサ４２０により、検知される。
【００３４】
これら回転数センサは、プライマリプーリやセカンダリプーリの回転軸やこれに繋がるドライブシャフトに取り付けられた回転検出用ギヤの歯に対向して設けられている。これらの回転数センサは、ＣＶＴ３００の、入力軸であるプライマリプーリや出力軸であるセカンダリプーリの僅かな回転の検出も可能なセンサであり、たとえば、一般的に半導体式センサと称される磁気抵抗素子を使用したセンサである。
【００３５】
前後進切換え装置２９０は、ダブルピニオンプラネタリギヤ、リバース（後進用）ブレーキＢ１および入力クラッチＣ１を有している。プラネタリギヤは、そのサンギヤが入力軸に連結されており、第１および第２のピニオンＰ１，Ｐ２を支持するキャリヤＣＲがプライマリ側固定シーブに連結されており、そしてリングギヤＲが後進用摩擦係合要素となるリバースブレーキＢ１に連結されており、またキャリヤＣＲとリングギヤＲとの間に入力クラッチＣ１が介在している。この入力クラッチ３１０は、前進クラッチやフォワードクラッチとも呼ばれ、パーキング（Ｐ）ポジション、Ｒポジション、Ｎポジション以外の車両が前進するときに必ず係合状態で使用される。
【００３６】
Ｄポジションであって、車両の状態が予め定められた条件を満足して停止した場合に、入力クラッチ３１０を解放して所定のスリップ状態にして、ニュートラルに近い状態にする制御をニュートラル制御という。
【００３７】
図２を参照して、これらのパワートレーンを制御するＥＣＵ１０００および油圧制御部１１００について説明する。
【００３８】
図２に示すように、ＥＣＴ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＡｕｔｏｍａｔｉｃＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）＿ＥＣＵ１０２０には、タービン回転数センサ４００からタービン回転数ＮＴを表わす信号が、プライマリプーリ回転数センサ４１０からプライマリプーリ回転数ＮＩＮを表わす信号が、セカンダリプーリ回転数センサ４２０からセカンダリプーリ回転数ＮＯＵＴを表わす信号が、それぞれ入力される。
【００３９】
図１および図２に示すように、油圧制御部１１００は、変速速度制御部１１１０と、ベルト挟圧力制御部１１２０と、ロックアップ係合圧制御部１１３０と、クラッチ圧制御部１１４０と、マニュアルバルブ１１５０とを含む。ＥＣＵ１０００から、油圧制御部１１００の変速制御用デューティソレノイド（１）１２００と、変速制御用デューティソレノイド（２）１２１０と、ベルト挟圧力制御用リニアソレノイド１２２０と、ロックアップソレノイド１２３０と、ロックアップ係合圧制御用デューティソレノイド１２４０に制御信号が出力される。この油圧回路の詳細は、特開２００２−１８１１７５号公報に開示されているので、詳細な説明はここでは繰返さない。
【００４０】
図２を参照して、これらのパワートレーンを制御するＥＣＵ１０００の構造をさらに詳しく説明する。図２に示すように、ＥＣＵ１０００は、エンジン１００を制御するエンジンＥＣＵ１０１０と、ＣＶＴ３００を制御するＥＣＴ＿ＥＣＵ１０２０と、ＶＳＣ（ＶｅｈｉｃｌｅＳｔａｂｉｌｉｔｙＣｏｎｔｒｏｌ）＿ＥＣＵ１０３０とを含む。
【００４１】
図１に示した入出力信号に加えて、ＥＣＴ＿ＥＣＵ１０２０には、ストップランプスイッチから、運転者によりブレーキペダルが踏まれていることを表わす信号、Ｇセンサから、車両が登坂路などに停車した際の登坂路の傾斜度を表わす信号が、それぞれ入力される。さらに、エンジンＥＣＵ１０１０には、アクセル開度センサから、運転者により踏まれているアクセルの開度を表わす信号、スロットルポジションセンサから、電磁スロットルの開度を表わす信号、エンジン回転数センサから、エンジン１００の回転数（ＮＥ）を表わす信号が、それぞれ入力される。エンジンＥＣＵ１０１０とＥＣＴ＿ＥＣＵ１０２０とは、相互に接続されている。さらに、ＥＣＴ＿ＥＣＵ１０２０には、ＶＳＣ＿ＥＣＵ１０３０から、ブレーキ油圧を表わすブレーキ圧信号とが入力される。
【００４２】
図１および図２に示されるような無段変速機３００を含むパワートレーンにおいては、前述の説明のようにＥＣＵ１０００において無段変速機３００の変速制御のためのフィードバック制御系が構成される。ＥＣＵ１０００は、アクセル開度と車速とから、運転者が必要とする目標エンジン出力を決定して、目標エンジン出力をエンジンの最適燃費線上で実現できるようにプライマリプーリの目標回転数が決定される。プライマリプーリ回転数センサ４１０で検知される実際のプライマリプーリの回転数が、この目標回転数になるようにする（すなわち、実際のプライマリプーリの回転数と目標回転数との差である偏差がゼロになるようにする）フィードバック制御系が構成される。このようなフィードバック制御に基づいて、ＥＣＵがＣＶＴの油圧回路を制御して無段階の変速を実行する。
【００４３】
図３にこのフィードバック制御系のブロック線図を示す。このフィードバック制御系は、直列補償型のＰＩＤ制御系ではなく、積分制御を分離させた、積分先行型フィードバック制御系を構成している。目標値は、プライマリプーリの回転数であって、目標値をステップ状に変化させたときの応答性に基づいて制御パラメータを算出してフィードバック制御系を設計する。操作量は、変速制御用デューティソレノイド（１）１２００（ＤＳ１）と、変速制御用デューティソレノイド（２）１２１０（ＤＳ２）とのそれぞれのオン時間の比率をであるデューティ比である。
【００４４】
図３に示すように、図１に示す無段変速機３００をモデル化した場合の伝達関数は、二次遅れ系で表わされる。このフィードバック制御系において、目標値であるプライマリプーリの回転数をステップ状に変化（具体的には、入力デューティ比を単位ステップ変化させた場合に出力されるプライマリプーリの回転数変化を図４に示す。
【００４５】
本実施の形態に係るフィードバック制御系の設計方法においては、プライマリプーリ回転数（ＮＩＮ）のフィードバック制御系を設計する際において、図５に示す無段変速機３００の簡易モデル（一次遅れ系モデル）に対するステップ応答における、定常ゲインａと時定数Ｔとを算出する。そのような簡易モデルを用いて、目標回転数のステップ変化に対して目標とする応答時間Ｔｒ（たとえば、実回転数が目標回転数の９９％に到達する間での時間を応答時間Ｔｒとして設定する）をパラメータとして、定常ゲインａおよび時定数Ｔとに基づいて、比例ゲインＫｐと積分時間Ｋｉとを算出するものである。
【００４６】
このような設計方法を最適に実現するために、図５に示すように無段変速機３００のモデルを簡易的に一次遅れ系で表わし、評価関数を最小にすることにより、一次遅れ系のステップ応答であるプライマリプーリの回転数をオーバーシュートなく所定の時間内に収束させることを考える。この評価関数を最適化する際に、無段変速機のモデルを状態空間モデルで表現することにより最適化問題をＬＱＩ制御形式で表現して、非線形微分方程式をリカッチ型微分方程式に帰結させて、リカッチ方程式の解から制御パラメータである、比例ゲインＫｐと積分時間Ｋｉとを算出する。以下、数式を用いて説明する。
【００４７】
ＣＶＴモデルを図５のような一次遅れ形で簡易化して、ｙをプライマリプーリの実回転数、ｕをデューティ比とすると以下の式（１）のようにＣＶＴモデルの伝達関数を表わすことができる。
【００４８】
【数１】

【００４９】
この式（１）において、目標プライマリプーリ回転数のステップ変化に対して実プライマリプーリ回転数の応答が、オーバシュートを発生させることなく、所定の時間（Ｔｒ）内に追従させる（たとえば、目標値の９９％に収束させる）ことを考える。
【００５０】
ここでは、ｒからｙへの応答が式（２）に近くなるように制御パラメータを設定する。
【００５１】
【数２】

【００５２】
この式（２）において、ｒ＝ｒ_０／Ｓとして（すなわち、ステップ応答と仮定して）、以下の式（３）を得る。
【００５３】
【数３】

【００５４】
この式（３）を時間領域に変換して、式（４）を得る。
【００５５】
【数４】

【００５６】
この式（４）において、ｔ＝Ｔｒのときｙ＝０．９９ｒ_０である。すなわち、ここでは、実回転数が目標回転数の９９％に到達する間での時間を応答時間Ｔｒとして設定したということである。
【００５７】
ｙの応答が、以下の式（５）に近くなるとき、式（６）、（７）および式（８）が成立する。
【００５８】
【数５】

【００５９】
【数６】

【００６０】
【数７】

【００６１】
【数８】

【００６２】
これらの式（６）、（７）および式（８）は、式（９）の形式で表わすことができる。
【００６３】
【数９】

【００６４】
ただし、この式（９）を導出するにあたり、ｅ＝ｒ−ｙとした。
そこで、式（１０）で表わされるように、評価関数Ｊを最小化することで、ｙの応答は、｛１／（０．２ＴｒＳ＋１）｝に近づくものと考えられる。
【００６５】
【数１０】

【００６６】
ここで、ＣＶＴモデルを状態空間モデルで表現すると、式（１１）のようになる。
【００６７】
【数１１】

【００６８】
式（１１）の左側は、式（１２）のように表わされる。
【００６９】
【数１２】

【００７０】
このような式（１２）で表わされることから、上述した最適化問題は、ＬＱＩ制御形式で表わすことができる。すなわち、式（１３）のように表わされる。
【００７１】
【数１３】

【００７２】
ＬＱＩ制御においては、この最適化問題の解は、式（１４）で与えられる。
【００７３】
【数１４】

【００７４】
ただし、この式（１４）におけるＰは、式（１５）、（１６）で表わされるリカッチ方程式の解である。
【００７５】
【数１５】

【００７６】
【数１６】

【００７７】
ここで、上述したリカッチ方程式は、以下の式（１７）と等価である。
【００７８】
【数１７】

【００７９】
この式（１７）を解くと、Ｐ１は式（１８）で、Ｐ２は式（１９）で表わされる。
【００８０】
【数１８】

【００８１】
【数１９】

【００８２】
よって、式（２０）の両辺を積分すると式（２１）になる。
【００８３】
【数２０】

【００８４】
【数２１】

【００８５】
式（１８）で表わされるＰ１および式（１９）で表わされるＰ２を代入して、ＫｐとＫｉとについて解くと、比例ゲインＫｐおよび積分時間Ｋｉは、式（２２）で表わされる。
【００８６】
【数２２】

【００８７】
このようにして求められた比例ゲインＫｐおよび積分時間Ｋｉを図６に示す。この図６に示す比例ゲインＫｐおよび積分時間Ｋｉは、上述した式を用いて算出したものである。
【００８８】
図６に示すように、このフィードバック制御系の制御パラメータである比例ゲインＫｐは、無段変速機３００の簡易モデル（一次遅れ系モデル）に対するステップ応答における、定常ゲインａと時定数Ｔと目標応答時間Ｔｒとの関数で表わされている。また、積分時間Ｋｉは、目標応答時間Ｔｒの関数で表わされている。
【００８９】
図５に示す制御系の定常ゲインａと時定数Ｔとを算出して、たとえば、定常ゲインａ＝１、時定数Ｔ＝０．２が算出されると、目標応答時間Ｔｒをパラメータとして、Ｔｒ＝１とすると、比例ゲインＫｐ＝１０００、積分時間Ｋｉ＝５０００、Ｔｒ＝２とすると、比例ゲインＫｐ＝９９９．５、積分時間Ｋｉ＝２５００と算出できる。
【００９０】
図７を参照して、制御系の設計方法を説明する。図７に示すフローチャートにおける計算は、一般的なコンピュータを用いて行なうことができる。その結果、ＣＶＴの変速制御フィードバック制御系の比例ゲインＫｐと積分時間Ｋｉとが算出され、これをＥＣＵ１０００のメモリに記憶させておいて、積分先行型フィードバック制御系を設計する。
【００９１】
ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、図５に示すＣＶＴ簡易モデルのステップ応答を求める。制御対象であるＣＶＴの定常ゲインａ、立上り時定数Ｔを測定する。Ｓ２００にて、ステップ状に目標プライマリプーリ回転数ＮＩＮを変化させたときに追従するまでの時間Ｔｒを設定する。
【００９２】
Ｓ３００にて、図６に示すテーブル（比例ゲインＫｐと積分時間Ｋｉとの算出式を規定）を参照して、比例ゲインＫｐ、積分時間Ｋｉを算出する。Ｓ４００にて、Ｓ３００にて算出した比例ゲインＫｐおよび積分時間Ｋｉを用いて、積分先行型フィードバック系を設計する。
【００９３】
以上のようにして、算出された比例ゲインＫｐと積分時間Ｋｉとを用いて、シミュレーションした結果を図８に示す。
【００９４】
図８には、Ｔｒ＝１とＴｒ＝２の場合を示す（Ｔｒ＝１の場合、比例ゲインＫｐ＝１０００、積分時間Ｋｉ＝５０００、Ｔｒ＝２の場合、比例ゲインＫｐ＝９９９．５、積分時間Ｋｉ＝２５００）。いずれの場合においても、目標プライマリプーリ回転数のステップ状変化に対して、設定した目標応答時間Ｔｒ（目標値の９９％に収束する時間）である１秒と２秒とに十分に追従していることがわかる。このことは、積分先行型フィードバック制御系の制御パラメータの設定が好適であることを示す。
【００９５】
したがって、他のＣＶＴにおいても、１次遅れ系でＣＶＴの伝達関数を近似してステップ応答を求め、そのＣＶＴの定常ゲインａ、立上り時定数Ｔとに基づいて、制御パラメータである比例ゲインＫｐおよび積分時間Ｋｉを算出しても、図８と同様に、応答性の良好なフィードバック制御系の設計を行なうことができる。
【００９６】
以上のようにして、本実施の形態に係る変速制御フィードバック系の設計方法によると、従来は、限界感度法などの設計手法を用いても制御パラメータの算出が的確でないために、チューニングするために多大な作業が必要であったが、ＬＱＩ制御における制御性の良好性を実現しつつ、制御パラメータを容易に設定できるように簡易モデルを用いた。そのようにして算出した制御パラメータを用いて積分先行型フィードバック制御系を容易に設計できる。
【００９７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る自動変速機の制御ブロック図である。
【図２】図１に示すＥＣＵの詳細図である。
【図３】無段変速機の変速制御ブロック図（その１）である。
【図４】図３のブロック図により表わされる制御系のステップ応答を示す図である。
【図５】無段変速機の変速制御ブロック図（その２）である。
【図６】図５に対応する制御パラメータを規定するテーブルを表わす図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る変速制御フィードバック系の設計方法を表わすフローチャートである。
【図８】図５のブロック図により表わされる制御系のステップ応答を示す図である。
【符号の説明】
１００エンジン、２００トルクコンバータ、２１０ロックアップクラッチ、２２０ポンプ羽根車、２３０タービン羽根車、２４０ステータ、２５０ワンウェイクラッチ、２９０前後進切換え装置、３００ＣＶＴ、３１０入力クラッチ、４００タービン回転数センサ、４１０プライマリプーリ回転数センサ、４２０セカンダリプーリ回転数センサ、５００プライマリプーリ、６００セカンダリプーリ、７００ベルト、８００デファレンシャルギヤ、１０００ＥＣＵ、１０１０エンジンＥＣＵ、１０２０ＥＣＴ＿ＥＣＵ、１１００油圧制御部、１１１０変速速度制御部、１１２０ベルト挟圧力制御部、１１３０ロックアップ係合圧制御部、１１４０クラッチ圧力制御部、１１５０マニュアルバルブ、１２００変速制御用デューティソレノイド（１）、１２１０変速制御用デューティソレノイド（２）、１２２０ベルト挟圧力制御用リニアソレノイド、１２３０ロックアップソレノイド、１２４０ロックアップ係合圧制御用デューティソレノイド。

Claims

ベルト式無段変速装置の変速制御フィードバック系の設計方法であって、前記フィードバック系はプライマリプーリの回転数を目標回転数に追従させる積分先行型フィードバック制御系を構成し、
前記ベルト式無段変速機を一次遅れ系のモデルで近似して、定常ゲインと立上り時定数とを算出する算出ステップと、
前記プライマリプーリの目標回転数をステップ状に変化させたときの、目標とする応答時間を設定する設定ステップと、
前記定常ゲインと前記立上り時定数と前記応答時間とに基づいて、前記積分先行型フィードバック制御系における比例ゲインと積分時間とを算出するパラメータ算出ステップとを含む、変速制御フィードバック系の設計方法。
前記設定ステップは、前記プライマリプーリの回転数が目標回転数の予め定められた値に到達する時間を応答時間として設定するステップを含む、請求項１に記載の変速制御フィードバック系の設計方法。
前記パラメータ算出ステップは、
前記定常ゲインと前記立上り時定数と前記応答時間とを用いた関数により比例ゲインを算出するステップと、
前記応答時間を用いた関数により積分時間とを算出するステップとを含む、請求項１または２に記載の変速制御フィードバック系の設計方法。
前記関数は、ＬＱＩ制御における行列方程式に基づいて算出される関数である、請求項３に記載の変速制御フィードバック系の設計方法。