JP2005048814A

JP2005048814A - 無段変速機の変速制御方法

Info

Publication number: JP2005048814A
Application number: JP2003204268A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Satake; 淳佐竹; Tomoyuki Hirao; 知之平尾
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2023-07-31
Also published as: JP4353740B2

Abstract

【課題】アップシフト時にエンジン回転数の変化に伴うトルクが大きく変化する場合でも、運転者の期待に合致した車両加速度が得られる無段変速機の変速制御方法を提供する。
【解決手段】アクセル開度と車速とから目標入力回転数または目標変速比を決定し、この目標入力回転数または目標変速比に向かって変速制御を行う無段変速機のアップシフト時の変速制御方法であって、アクセル開度および車速から目標出力軸トルクを決定し、変速直前の出力軸トルクから目標出力軸トルクに向かって一様に変化するスイープトルクおよびこのスイープトルクに対して所定値を加算した上限トルクを決定する。実際の出力軸トルクが上限トルクとなる変速速度の上限値を求め、実際の変速速度がこの上限値を越えないように変速制御を実施する。
【選択図】図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用無段変速機のアップシフト時における変速制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平９−２４２８５４号公報
Ｖベルト式無段変速機やトロイダル型無段変速機などの無段変速機の変速制御は、アクセル開度と車速（出力軸回転数）とから目標入力回転数をマップ検索し、その回転数と現在の車速とで決まる変速比を目標値として、一様な変速速度で変速を行うのが一般的である。ところが、変速速度によっては運転者が期待する車両加速度が得られないことがある。
【０００３】
特許文献１では、キックダウン時の変速速度が早すぎて引込み感が発生するのを防止する変速制御装置が提案されている。すなわち、出力軸トルクが負にならないように、変速速度をエンジントルクと系のイナーシャから逆算し、変速速度に制限を加えるようにしたものである。そのため、アクセル開度を急に開いた時、出力軸トルクが一時的に負になる現象を解消でき、キックダウン時の引込み感を解消することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１では、目標とする出力軸トルクの下限値を０としているため、アップシフト時にエンジン回転数の変化に伴うトルクが大きく変化する場合、運転者の期待に合致した車両加速度が得られないという現象が生じる。例えば、アクセル開度を全開（フルスロットル）から中間開度（パートスロットル）へ戻すと、運転者は車両加速度の減少を期待するが、変速比の減少によりイナーシャの大きなエンジンの回転数を減少させるため、変速機からの出力軸トルクが変速が終了するまで一時的に増大し、かえって加速度が増大する結果となる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、エンジン回転数の変化に伴うトルクが大きく変化するアップシフト時に、運転者の期待に合致した車両加速度が得られる無段変速機の変速制御方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、アクセル開度と車速とから目標入力回転数または目標変速比を決定し、この目標入力回転数または目標変速比に向かって変速制御を行う無段変速機のアップシフト時の変速制御方法において、上記目標入力回転数または目標変速比が達成された時の目標出力軸トルクを演算する工程と、変速直前の出力軸トルクから上記目標出力軸トルクに向かって一様に変化するスイープトルクおよびこのスイープトルクに対して所定値を加算した上限トルクを決定する工程と、実際の出力軸トルクが上記上限トルクとなる変速速度の上限値を求める工程と、実際の変速速度が上記上限値を越えないように上記変速制御を実施する工程と、を有することを特徴とする無段変速機の変速制御方法を提供する。
【０００７】
本発明の基本的な考え方は次の通りである。
まず、アクセル開度から運転者の要求する加速度を推測する。但し、加速度は空気抵抗などを考慮する必要があり、計算が複雑になるので、現在の車速で目標変速比が実現した時の目標出力軸トルクを推測する。
エンジンのイナーシャを考慮し、運転者が要求する出力軸トルクを継続的に実現できる変速速度とするのが理想的であるが、多くの場合、変速速度が変速したい方向と逆方向になってしまう。これを避けるため、出力軸トルクを現在値から運転者が要求する出力軸トルクまで一様に変化（スイープ）させるように制御する。同時に、スイープした値から所定範囲でのずれを許容する。
このように出力軸トルクがほぼ一様に変化するように変速速度を制限することにより、運転者の要求する加速度にほぼ沿った加速度を得ることができる。
【０００８】
具体的なアップシフト時の変速制御は次の通りである。
まず目標変速比における出力軸トルク（目標出力軸トルク）を演算する。例えば、アクセル開度および車速から目標変速比を求め、現在の車速のまま目標変速比が実現したときのエンジン回転数での推定エンジントルク、および目標変速比から目標出力軸トルクを算出すればよい。
次に、変速直前の出力軸トルクから目標出力軸トルクに向かって一様に変化するスイープトルクおよびこのスイープトルクに対して所定値を加算した上限トルクを決定する。スイープトルクとは、変速直前の出力軸トルクから目標出力軸トルクに向かって単調に変化するトルクであり、オフアップ時には単調減少し、オンアップ時には単調増加する。出力軸トルクをスイープトルクに沿った値に制御することは困難であるから、スイープトルクに対するずれを許容するため上限トルクを設定している。
次に、実際の出力軸トルクが上限トルクとなる変速速度の上限値を求める。ここで、変速速度とは絶対値のことであり、アップシフト時（変速比が減少する時）には上限値とは減少方向の最大値のことである。変速速度の上限値は、上限トルク、エンジン推定トルク、車速、入力回転数などから求めることができる。
そして、実際の変速速度が上限値を越えないように、変速速度に制限を加えながら変速制御を実施する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、実施例を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
図１，図２は本発明にかかる無段変速機の一例を示す。
この実施例の無段変速機はＦＦ横置き式の自動車用変速機であり、大略、エンジン出力軸１によりトーショナルダンパ２を介して駆動される入力軸３、駆動プーリ１１を支持する駆動軸１０、従動プーリ２１を支持する従動軸２０、駆動プーリ１１と従動プーリ２１に巻き掛けられたＶベルト１５、第１減速軸３０、第２減速軸３１、車輪と連結された出力軸３２、変速用モータ４０、テンション装置５０などで構成されている。
この実施例で用いられるＶベルト１５は、一対の無端状張力帯と、これら張力帯に長さ方向に係止された多数のブロックとで構成された公知の乾式複合ベルトである。
【００１０】
駆動プーリ１１は、駆動軸１０上に固定された固定シーブ１１ａと、駆動軸１０上に軸方向移動自在に支持された可動シーブ１１ｂと、可動シーブ１１ｂの背後に設けられたストローク機構１２とを備えている。この実施例のストローク機構１２は、変速用モータ４０による回転入力によって可動シーブ１１ｂを軸方向に移動させるボールネジ機構であり、可動シーブ１１ｂに軸受１２ａを介して相対回転自在に支持された雌ねじ部材１２ｂと、ハウジングに固定された雄ねじ部材１２ｃとを備え、雌ねじ部材１２ｂの外周部には変速ギヤ１３が固定されている。
【００１１】
従動プーリ２１は、従動軸２０上に固定された固定シーブ２１ａと、従動軸２０上に軸方向移動自在に支持された可動シーブ２１ｂと、可動シーブ２１ｂの背後に設けられたストローク機構２２とを備えている。このストローク機構２２も駆動プーリ１１のストローク機構１２と同様の構成を有するボールネジ機構であり、可動シーブ２１ｂに軸受２２ａを介して相対回転自在に支持された雌ねじ部材２２ｂと、ハウジングに固定された雄ねじ部材２２ｃとを備え、雌ねじ部材２２ｂの外周部には変速ギヤ２３が固定されている。
【００１２】
従動軸２０の従動プーリ２１よりエンジン側の部位には、前後進切替機構２４が設けられ、その両側には前進用ギヤ２５と後進用ギヤ２６とが回転自在に支持されている。前後進切替機構２４を図１の左側へシフトすると前進（Ｄ）位置になり、右側へシフトすると後進（Ｒ）位置となる。従動軸２０のエンジン側の軸端部には発進クラッチ２７が設けられ、発進クラッチ２７は前後進切替機構２４のハブ２４ａを従動軸２０に対して断接する。前進用ギヤ２５は第１減速軸３０のギヤ３０ａに噛み合い、第１減速軸３０のギヤ３０ｂは第２減速軸３１のギヤ３１ａに噛み合い、さらに第２減速軸３１のギヤ３１ｂは差動装置３３のリングギヤ３３ａに噛み合っている。また、後進用ギヤ２６はアイドラギヤ２８を介して第１減速軸３０のギヤ３０ｂに噛み合っている。そして、差動装置３３を介して車輪に連結された出力軸３２を駆動している。
【００１３】
変速用モータ４０の出力ギヤ４１は第１変速軸４５の一端に設けられた減速ギヤ４５ａに噛み合っている。第１変速軸４５の他端部に設けられたギヤ４５ｂは従動プーリ２１の可動シーブ２１ｂの移動ストローク分の長さを有する平歯車であり、従動プーリ２１に設けられた変速ギヤ２３と噛み合っている。第１変速軸４５のギヤ４５ｂを回転させると、変速ギヤ２３が追随回転することでボールネジ機構２２の作用により、可動シーブ２１ｂを軸方向へ移動させることができる。従動プーリ２１の変速ギヤ２３は、第２変速軸４６の第１アイドラギヤ４６ａとも噛み合い、さらに第２変速軸４６の第２アイドラギヤ４６ｂは駆動プーリ１１の変速ギヤ１３と噛み合っている。これらアイドラギヤ４６ａ，４６ｂも、第１変速軸４５のギヤ４５ｂと同様に、可動シーブ１１ｂ，２１ｂの移動ストローク分の長さを有する平歯車で構成されている。変速用モータ４０の回転力は、第１変速軸４５，従動プーリ２１の変速ギヤ２３，第２変速軸４６を介して駆動プーリ１１の変速ギヤ１３へと伝達される。そのため、駆動プーリ１１の可動シーブ１１ａと従動プーリ２１の可動シーブ２１ａは互いに同期し、かつ互いにプーリ溝幅（ベルト巻き掛け径）を逆方向に変化させながら軸方向へ移動することができる。なお、第１変速軸４５は、必ずしも従動プーリ２１側に設ける必要はなく、駆動プーリ１１側に配置してもよい。さらに、第１変速軸４５を省略し、変速用モータ４０でアイドラ軸（第２変速軸４６）を駆動してもよい。
【００１４】
この無段変速機には、図２に示すように、Ｖベルト１５にトルク伝達に必要なベルト張力を与える機構、すなわちテンション装置５０が設けられている。
上記のようにプーリ１１，２１のプーリ溝幅（ベルト巻き掛け径）は変速用モータ４０によって可変されるが、それだけでは伝達トルクによってＶベルト１５とプーリ１１，２１との間に滑りが発生してしまう。そこで、Ｖベルト１５に滑りを生じさせないベルト張力を与えるため、テンション装置５０が設けられている。テンション装置５０はテンションローラ５１を備え、このテンションローラ５１はリンク５２を介してテンションアーム５３によって揺動可能に支持されている。
【００１５】
テンションアーム５３の回動軸５３ａは駆動プーリ１１の半径方向外側に設けられ、引張スプリング５４によってＶベルト１５方向に付勢されている。そのため、テンションローラ５１は所定の荷重でＶベルト１５の緩み側を内側に向かって押し付けている。このように外側から内側に向かってＶベルト１５を押圧することで、所定のベルト張力を得るとともに、プーリ１１，２１に対するＶベルト１５の巻き付け長さを長くし、伝達効率を高めている。
なお、テンションローラ５１はＶベルト１５を外側から内側に向かって押圧するものに限らず、内側から外側に向かって押圧してもよい。
また、テンションローラ５１をリンク５２を介してアーム５３に取り付けたが、テンションローラ５１をアーム５３に直接回転自在に取り付けてもよい。
上記実施例のテンション装置５０は引張スプリング５４を用いたものであるが、特開２００１−３３００９７号公報のように、引張スプリングの他にアシストモータを備えたものであってもよいし、特開２００２−２１３５４９号公報のように、引張スプリングと圧縮スプリングとを併用したものであってもよい。さらに、アシストモータに代えて油圧シリンダなどのアクチュエータを用いてもよい。
【００１６】
図３は変速用モータ４０を制御するための制御装置６０を示す。
制御装置６０には、エンジン回転数（入力軸３の回転数）、車速（出力軸３２の回転数）、アクセル開度、駆動軸１０の回転数、従動軸２０の回転数などが入力される。制御装置６０には、変速マップ、エンジントルク曲線などが設定され、上記入力信号に応じて目標出力軸トルク、目標変速比、実エンジントルク、実変速比などを算出し、後述する変速制御を実施する。
【００１７】
図４は制御装置６０の作用を表すブロック図である。
まず、アクセル開度と車速とが変速比演算部６０ａに入力され、ここでマップ検索され、目標変速比が決定される。一方、アクセル開度と車速と目標変速比とが出力軸トルク演算部６０ｂに入力され、現在の車速のまま目標変速比が達成された場合のエンジン回転数とアクセル開度とに基づき、目標出力軸トルクが演算される。
次に、スイープトルク演算部６０ｃで目標出力軸トルクに対応したスイープトルクを演算する。このスイープトルクは、変速直前の出力軸トルクから目標出力軸トルクに向かって一様に変化するトルクのことであり、オフアップ時には一定の時間勾配をもって低下するトルクであり、オンアップ時には逆に一定の時間勾配をもって上昇するトルクである。変速直前の出力軸トルクを演算するために、実エンジントルクと実変速比とが入力される。
次に、上下限トルク演算部６０ｄにおいて、スイープトルクに対して上側許容トルクおよび下側許容トルクを加算・減算した上限トルクおよび下限トルクを計算する。上限トルクはアップシフト用、下限トルクはダウンシフト用であり、上記許容トルクはスイープトルクに対するずれの許容値である。
上記のようにして求めた上限トルクおよび下限トルクから、変速速度演算部６０ｅで変速速度のハイ側制限値とロー側制限値とを演算する。
モータ制御部６０ｆには、目標変速比と、ハイ側制限値およびロー側制限値とが入力され、変速速度がこれら制限値を越えないように変速用モータ４０を目標変速比へと制御する。ここで、アップシフト時にはハイ側制限値のみを考慮すればよく、ダウンシフト時にはロー側制限値のみを考慮すればよい。
【００１８】
図５はオフアップ時における出力軸トルクの時間変化を示す。
従来のオフアップ時には、一点鎖線Ａで示すように、実出力軸トルクが一時的に上昇し、かえって加速度が増大する可能性がある。これに対し、本発明では破線Ｂで示すように、実出力軸トルクの上昇を上限トルクで制限しているので、加速度が増大する現象を抑制し、運転者の期待に応じて車両加速度を低下させることができる。
図５における▲１▼〜▲４▼のスイープトルクの計算は以下の通りである。
▲１▼目標出力軸トルク≒実出力軸トルクの場合
スイープトルク＝目標出力軸トルクとする。
▲２▼目標出力軸トルク＜スイープトルク＜実出力軸トルクの場合
目標出力軸トルクが実出力軸トルクから離れれば、スイープする。このとき、スイープトルクに上側許容トルクを加算した上限トルクで実出力軸トルクの上昇を制限する。
▲３▼目標出力軸トルク＜実出力軸トルク＜スイープトルクの場合
実出力軸トルクがスイープトルクより小さければ、スイープトルクを実出力軸トルクに追従させる。すなわち、スイープトルク＝実出力軸トルクとする。
▲４▼スイープトルク＜目標出力軸トルクの場合
スイープトルクが目標出力軸トルクを越えないように、スイープトルク＝目標出力軸トルクとする。
【００１９】
図５ではオフアップ時における出力軸トルクの変化を示したが、オンアップ時には図５とは上下反転した特性になる。この場合も、変速直前の出力軸トルクから目標出力軸トルクに向かって一様に変化する（ここでは上昇する）スイープトルクを決定し、このスイープトルクに対して所定値を加算した上限トルクを決定する。そして、実出力軸トルクが上限トルクを越えないように変速速度に制限を加えながら変速制御を実施すればよい。
【００２０】
図６は本発明にかかる変速制御の具体的流れを示す。この制御には、アップシフトだけでなくダウンシフトを含む。
制御がスタートすると、まず実出力軸トルクＴ_２と目標出力軸トルクＴ_２ｔとを演算する（ステップＳ１）。具体的には次の計算式により計算する。
【数１】

Ｒ：プーリ比を含む総減速比、Ｔ_Ｅ：実エンジントルク、Ｉ_Ｅ：エンジンを含む入力軸側イナーシャ、ω_２：出力軸回転数、Ｒ_ｔ：プーリ比を含む総減速比の目標値、Ｔ_Ｅｔ：目標変速比でのエンジントルク。
次に、目標出力軸トルクＴ_２ｔとスイープトルクＴ_２ｓとを比較して、スイープ方向を判定する（ステップＳ２）。Ｔ_２ｔ≦Ｔ_２ｓの場合には、下向きのスイープであるため、１周期（例えば４ｍｓ）前のスイープトルクＴ_{２ｓｎ−１} から下側スイープ量Ｔ_ｄｗｎだけ減算したものをスイープトルクＴ_２ｓとする（ステップＳ３）。一方、Ｔ_２ｔ＞Ｔ_２ｓの場合には、上向きのスイープであるため、１周期前のスイープトルクＴ_{２ｓｎ−１} に上側スイープ量Ｔ_ｕｐを加算したものをスイープトルクＴ_２ｓとする（ステップＳ４）。
ステップＳ３で下向きのスイープトルクＴ_２ｓを求めた後、実出力軸トルクＴ_２とスイープトルクＴ_２ｓとを比較し、スイープトルクと実出力軸トルクのいずれが目標に近いかを判定する（ステップＳ５）。Ｔ_２＜Ｔ_２ｓの場合には、実出力軸トルクＴ_２の方が目標に近いことを意味するので（図５の▲３▼に相当）、スイープトルクを実出力軸トルクに追随させるためＴ_２ｓ＝Ｔ_２とする（ステップＳ６）。次に、スイープトルクＴ_２ｓと目標出力軸トルクＴ_２ｔとを比較し、スイープトルクが目標を行き過ぎないかどうかを判定する（ステップＳ７）。Ｔ_２ｓ＜Ｔ_２ｔの場合には、スイープトルクＴ_２ｓが目標を行き過ぎたことを意味するので（図５の▲４▼に相当）、スイープトルクが目標出力軸トルクを越えないようにＴ_２ｓ＝Ｔ_２ｔとする（ステップＳ８）。
同様に、ステップＳ４で上向きのスイープトルクＴ_２ｓを求めた後、実出力軸トルクＴ_２とスイープトルクＴ_２ｓとを比較し（ステップＳ９）、Ｔ_２＞Ｔ_２ｓの場合には、実出力軸トルクＴ_２の方が目標に近いことを意味するので、スイープトルクを実出力軸トルクに追随させるため、Ｔ_２ｓ＝Ｔ_２とする（ステップＳ１０）。次に、スイープトルクＴ_２ｓと目標出力軸トルクＴ_２ｔとを比較し（ステップＳ１１）、Ｔ_２ｓ＞Ｔ_２ｔの場合には、目標出力軸トルクを行き過ぎたことを意味するので、スイープトルクが目標出力軸トルクを越えないように、Ｔ_２ｓ＝Ｔ_２ｔとする（ステップＳ１２）。
上記ステップの後、スイープトルクＴ_２ｓに対して上側許容トルクＫ_ｍａｘおよび下側許容トルクＫ_ｍｉｎを加算・減算した上限トルクＴ_{２ｔｍａｘ} および下限トルクＴ_{２ｔｍｉｎ} を計算する（ステップＳ１３）。
Ｔ_{２ｔｍａｘ} ＝Ｔ_２ｓ＋Ｋ_ｍａｘ
Ｔ_{２ｔｍｉｎ} ＝Ｔ_２ｓ−Ｋ_ｍｉｎ

【００２１】
本発明は上記実施例に限定されるものではない。
上記実施例では、スイープトルクを一定時間勾配で変化するトルクとしたが、一定勾配である必要はなく、変速直前の出力軸トルクから目標出力軸トルクに向かって単調に変化するトルクであればよく、多次曲線的に変化してもよい。
また、本発明にかかる無段変速機は、図１，図２に示すように変速用モータ４０とテンション装置５０と乾式Ｖベルト１５とを用いた無段変速機に限らず、例えば，駆動プーリおよび従動プーリにそれぞれ油圧サーボを設け、金属ベルトを用いた公知のＶベルト式無段変速機であってもよいし、トロイダル型無段変速機のような異なる形式の無段変速機であってもよい。ただ、実施例のような無段変速機の場合には、変速用モータ４０によって一義的に変速比を決定でき、伝達トルクによって変速比が影響を受けないので、変速速度の制御も容易であるという利点がある。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、アップシフト時において、スイープトルクに所定値を加算した上限トルクから求められる変速速度の上限値を越えないように変速速度を制限している。そのため、例えばアクセル開度を全開から中間開度へ戻した時、出力軸トルクが変速が終了するまで一時的に増大するが、単調減少する上限トルクに対応した変速速度以下に制限するので、加速度が一時的に増大する現象を解消できる。
このように、アップシフト時にエンジン回転数の変化に伴うトルクが大きく変化した場合でも、運転者の期待に合致した車両加速度が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる無段変速機の一例のスケルトン図である。
【図２】図１に示す無段変速機に用いられるテンション装置の概略図である。
【図３】制御装置の入力系と出力系との概略を示す図である。
【図４】制御装置のブロック図である。
【図５】オフアップ時における出力軸トルクの時間変化図である。
【図６】本発明にかかる変速制御の一例を示す図である。
【符号の説明】
１エンジン出力軸
３入力軸
１１駆動プーリ
２１従動プーリ
２７発進クラッチ
３２出力軸
４０変速用モータ
６０制御装置

Claims

アクセル開度と車速とから目標入力回転数または目標変速比を決定し、この目標入力回転数または目標変速比に向かって変速制御を行う無段変速機のアップシフト時の変速制御方法において、
上記目標入力回転数または目標変速比が達成された時の目標出力軸トルクを演算する工程と、
変速直前の出力軸トルクから上記目標出力軸トルクに向かって一様に変化するスイープトルクおよびこのスイープトルクに対して所定値を加算した上限トルクを決定する工程と、
実際の出力軸トルクが上記上限トルクとなる変速速度の上限値を求める工程と、実際の変速速度が上記上限値を越えないように上記変速制御を実施する工程と、を有することを特徴とする無段変速機の変速制御方法。