JP2004360847A

JP2004360847A - 無段変速機の変速制御装置

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Publication number: JP2004360847A
Application number: JP2003162236A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Ito; 良雄伊藤; Toshihiro Fukumasu; 利広福増; Kentaro Kanzaki; 謙太郎神崎
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2003-06-06
Publication date: 2004-12-24
Anticipated expiration: 2023-06-06
Also published as: JP4581339B2

Abstract

【課題】無段変速機の変速操作に対する応答性を向上させる。
【解決手段】前記変速制御切替手段は、前記目標値と現在値との偏差が前記所定値以上の場合、もしくは前記目標値の変化方向とそれ以前の時点での変速に伴う所定の回転部材の回転の変化方向とが異なっている場合には、比例動作によるフィードバック制御をおこない、前記偏差が所定値に満たない場合もしくは前記目標値の変化方向とそれ以前の時点での変速に伴う所定の回転部材の回転の変化方向が同じ場合には、比例動作と積分動作とを含むフィードバック制御をおこなうように構成されていることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、無段変速機の制御装置に関し、特に設定された目標値になるように制御される変速制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に無段変速機は、燃料が最適消費されるエンジンの回転数になるように常にフィードバック制御により変速制御が自動的におこなわれている。そのため、燃費がよく、また変速が連続的におこなわれるため、変速のショックがない。しかし、運転者が所定の変速比を自由に選ぶことができず、登坂時や加速時などに駆動トルクを大きくしたり、降坂時にエンジンブレーキを効かせるといった、予め設定された以外の条件で使用する場合に、十分なエンジン性能を発揮させることができない場合がある。そのため、運転者が自由に変速比を設定できるように手動変速モードを設定可能にした無段変速機が知られている。
【０００３】
手動変速モードでは、運転者の意図した変速比をできるだけ迅速に得るために、通常のフィードバック制御以外の方法を選択する必要がある。例えば、フィードフォワード制御を使用したり、比例動作のみでフィードバック制御をおこなう方法がある。前者の方法は、特許文献１に記載されている。また、後者の方法は特許文献２に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２０８１８５号公報（段落番号００１０、００１５）
【特許文献２】
特開２００１ー３３０１２２号公報（段落番号００５３）
【０００５】
特許文献１では、有段手動変速モードが選択された場合、フィードバック制御から、フィードフォワード制御に切り替え、より大きな制御量をあらかじめ出力することで、変速指令に対する応答性を向上させている。
【０００６】
また、特許文献２では、シフト装置を手動操作する事で、基本目標回転数が求められ、この基本目標回転数に追従するように比例動作のみのフィードバック制御を行うことで変速の追従性を向上させている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載の方法では、ノイズなどの外乱や、手動による設定により目標値が想定外の値となったときには、対応する制御量を出力させることができず、応答性が逆に悪くなってしまうという問題があった。
【０００８】
また、特許文献２に記載の方法では、比例動作のみのフィードバック制御を行っているので、定常偏差が常に残り、正確に目標値に追従することができないという問題があった。
【０００９】
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、無段変速機での、マニュアルシフト操作時における変速応答性や、実回転数の追従性を向上させることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、手動動作による変速が可能な無段変速機の変速制御装置において、手動変速操作に基づく変速比の変化の態様が所定の条件を満たすか否かを判断する変速態様判断手段と、その変速態様判断手段で判断された前記変速比の変化の態様が所定の条件を満たす場合と満たさない場合とで、前記手動変速操作に基づく変速指令内容を切り替える変速制御切替手段とを備えていることを特徴とする無段変速機の変速制御装置である。
【００１１】
したがって、請求項１の発明では、手動変速操作による変速比の変化の態様によって、変速指令内容が切り替えられる。
【００１２】
また、請求項２の発明は、請求項１において、前記変速態様判断手段は、前記手動変速操作に基づく目標値と現在値との偏差が所定値以上か否かの判断と、手動変速操作に基づく変速指令による所定の回転部材の回転の変化の方向が、手動変速操作に基づく変速指令が出力された時点以前での所定の回転部材の回転の変化方向と同じか否かの判断とのいずれかをおこなうように構成されていることを特徴とする変速制御装置である。
【００１３】
したがって、請求項２の発明では、目標値と現在値との偏差が所定値以上か否かが判断され、さらに、目標値の増減の方向と、回転部材の回転方向が同じか否かが判断される。
【００１４】
さらに、請求項３の発明は、請求項１または２において、前記変速制御切替手段は、変速速度が速くなる変速指令内容と変速速度が相対的に遅くなる変速指令内容とに切り替える手段を含むことを特徴とする変速制御装置である。
【００１５】
したがって、請求項３の発明では、目標値と現在値との偏差や目標値の増減の方向と回転部材の回転方向との相違などによって変速速度が切り替えられる。
【００１６】
加えて、請求項４の発明は、請求項２において、前記変速制御切替手段は、前記目標値と現在値との偏差が前記所定値以上の場合、もしくは前記目標値の変化方向とそれ以前の時点での変速に伴う所定の回転部材の回転の変化方向とが異なっている場合には、比例動作によるフィードバック制御をおこない、前記偏差が所定値に満たない場合もしくは前記目標値の変化方向とそれ以前の時点での変速に伴う所定の回転部材の回転の変化方向が同じ場合には、比例動作と積分動作とを含むフィードバック制御をおこなうように構成されていることを特徴とする変速制御装置である。
【００１７】
したがって、請求項４の発明では、目標値と現在値の偏差が大きかったり、目標値の変化方向と所定の回転部材の回転の変化方向とが異なっている場合等には比例動作によるフィードバック制御のみがおこなわれる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
つぎ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クラッチを含む駆動系統の一例を説明すると、図２は、ベルト式無段変速機１を伝動機構として含む駆動機構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。
【００１９】
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ーと、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ーに供給することよりタービンランナーを回転させ、トルクを伝達するように構成されている。
【００２０】
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ー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ー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。
【００２１】
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２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。
【００２２】
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。
【００２３】
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（有効径もしくは巻掛け径）に設定するようになっている。
【００２４】
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、この発明におけるクラッチに相当する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。
【００２５】
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ーの回転数）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の圧力を検出する油圧センサー２４が設けられている。また、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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、エンジン（Ｅ／Ｇ）負荷の信号、スロットル開度信号、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。
【００２８】
また、シフト装置２７からは、現在のポジション信号が変速機用電子制御装置２５へ入力されている。このポジション信号は、現在のポジション状態が、手動変速モードに設定されているか否かの判断に用いられる。また、ポジションが手動変速ポジションである場合には、手動変速モードへ切り替えられ、シフト信号が変速機用電子制御装置２５へ入力される。
【００２９】
自動変速モード時には、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。
【００３０】
それに対し、手動変速モード時には、自動変速モード時のような制御は行われず、ポジションの状態とシフト信号が入力されている継続時間とによって目標回転数が設定される。手動変速モード時の制御例を図１に示す。
【００３１】
先ず、フィードバック制御に必要な制御偏差量を求める（ステップＳ１）。これは、具体的には、設定された目標回転数と実回転数の差である。ステップＳ１で制御偏差量が求められると、この制御偏差量から積分項を求める。すなわち、積分動作に必要な積分時間が求められる（ステップＳ２）。ステップＳ２で積分時間が求められると、ステップＳ１で求められた制御偏差量とステップＳ２で求められた積分時間から、比例項を求める。（ステップＳ３）。
【００３２】
つぎに、目標回転数がステップ的に変化した場合、その変化量が予め設定された値よりも大きいか否かが判断される（ステップＳ４、ステップＳ５）。「ステップ的に変化する場合」とは、自動による変速から手動による変速に切り替えたときに目標回転数を設定した場合と、その後、最初の変速操作を行った場合に目標回転数を設定した場合である。
【００３３】
ステップＳ５で肯定的に判断された場合、すなわち、ステップ量が大きいと判断された場合には、積分項をクリアする（ステップＳ９）。すなわち積分時間をクリアする。そして、比例動作のみでフィードバック制御を行う（ステップＳ１０）。その後ルーチンを抜ける。
【００３４】
一方、ステップＳ５で否定的に判断された場合、変速の方向、すなわち目標回転数の変化方向と実回転数の変化方向が異なっているか否かが判断される（ステップＳ６，ステップＳ７）。つまり、目標回転数が上昇させる方向に変速指令が出力されているにも係わらず、実回転数が低下している場合などである。
【００３５】
ステップＳ７で肯定的に判断された場合、すなわち、目標回転数の変化方向と実回転数の変化方向が異なっている場合には、積分項をクリアする（ステップＳ９）。すなわち積分時間をクリアする。そして、比例動作のみでフィードバック制御を行う（ステップＳ１０）。その後ルーチンを抜ける。
【００３６】
ステップＳ７で否定的に判断された場合、すなわち、目標回転数の変化方向と実回転数の変化方向が同じ場合には比例動作と積分動作を併用した通常のフィードバック制御を行う（ステップＳ８）。その後ルーチンを抜ける。
【００３７】
自動から手動へ切り替えたとき、すなわち、手動による変速操作開始時点以前に、ある程度目標値を設定しておくことで、その後手動による変速操作開始時点での変速操作に対する実回転数の応答性を向上させることができる。
【００３８】
また、ステップ量が大きい場合や、目標回転数の変化と実回転数の変化方向が異なる場合等の急激な実回転数の変化が求められる場合には、比例動作のみで動作するので、積分動作を行うための演算処理が軽減され、応答性が良くなる。また、ステップ量が小さい場合には比例動作と積分動作を同時に行うので、定常偏差が残らない。つまり、目標回転数の設定状況や実回転数の変化状況に応じて、積分動作の有無を切り替えることができるので、運転者の急激な変速要求に対応しつつ、目標値に確実に追従することができる。
【００３９】
ここで、上記の具体例とこの発明との関係を簡単に説明すると、ステップＳ７の機能的手段がこの発明の変速態様判断手段に相当し、ステップＳ８およびステップＳ９の機能的手段が変速制御切替手段に相当する。またこの発明の「所定の回転部材」が駆動プーリ１３または従動プーリ１４に相当する。
【００４０】
なお、この発明は上述した具体例に限定されない。この発明の無段変速機は、いわゆるベルト式無段変速機以外にも、トロイダル式無段変速機や、遊星歯車を用いた無段変速機構にも適用することができる。要は、予め目標値を設定し、その目標値になるように制御される無段変速機であれば、この発明を適用することができる。また、上記実施例では目標値を回転数として設定したが、目標値を変速比として設定してもよい。要は、変速状態を反映している物理量であればよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、目標値と現在値の偏差が大きかったり、目標値の変化方向と所定の回転部材の回転の変化方向とが異なっている場合には比例動作によるフィードバック制御のみがおこなわれる。また逆に、目標値と現在値の偏差が小さかったり、目標値の変化方向と所定の回転部材の回転の変化方向とが同じ場合には、比例動作と積分動作を併用してフィードバック制御がおこなわれる。したがって、運転者の急速な変速要求に対応しつつ、目標値に確実に追従する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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。
【図２】この発明で対象とする無段変速機を含む駆動装置を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１…無段変速機、５…エンジン（動力源）、１３…駆動プーリ、１４…従動プーリ、１７…ベルト、２０…駆動輪、２５…変速機用電子制御装置（ＣＶＴ−ＥＣＵ）、２６…エンジン用電子制御装置（Ｅ／Ｇ−ＥＣＵ）、２７…シフト装置。

Claims

手動動作による変速が可能な無段変速機の変速制御装置において、
手動変速操作に基づく変速比の変化の態様が所定の条件を満たすか否かを判断する変速態様判断手段と、
その変速態様判断手段で判断された前記変速比の変化の態様が所定の条件を満たす場合と満たさない場合とで、前記手動変速操作に基づく変速指令内容を切り替える変速制御切替手段と
を備えていることを特徴とする無段変速機の変速制御装置。
前記変速態様判断手段は、前記手動変速操作に基づく目標値と現在値との偏差が所定値以上か否かの判断と、手動変速操作に基づく変速指令による所定の回転部材の回転の変化の方向が、手動変速操作に基づく変速指令が出力された時点以前での所定の回転部材の回転の変化方向と同じか否かの判断とのいずれかをおこなうように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の無段変速機の変速制御装置。
前記変速制御切替手段は、変速速度が速くなる変速指令内容と変速速度が相対的に遅くなる変速指令内容とに切り替える手段を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の無段変速機の変速制御装置。
前記変速制御切替手段は、前記目標値と現在値との偏差が前記所定値以上の場合、もしくは前記目標値の変化方向とそれ以前の時点での変速に伴う所定の回転部材の回転の変化方向とが異なっている場合には、比例動作によるフィードバック制御をおこない、前記偏差が所定値に満たない場合もしくは前記目標値の変化方向とそれ以前の時点での変速に伴う所定の回転部材の回転の変化方向が同じ場合には、比例動作と積分動作とを含むフィードバック制御をおこなうように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の無段変速機の変速制御装置。