JP2005257067A - ベルト式無段変速機の制御装置 - Google Patents

ベルト式無段変速機の制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 変速などに伴う受圧容積の変化が生じても、プーリに作用させる油圧を適切に制御することのできる制御装置を提供すること。
【解決手段】 ベルトが巻き掛けられる溝幅を変化させることができるプーリを備えるとともに、そのプーリが前記ベルトを挟み付けるように油圧が供給されかつ前記溝幅の変化に応じて容積が変化する油圧室が前記プーリに付設され、その油圧室の油圧を目標油圧と実油圧との偏差に基づいて制御するベルト式無段変速機の制御装置において、前記油圧室の容積の変化を検出する受圧容積変化検出手段(ステップS102,S202)と、前記容積の変化に基づいて、前記偏差を前記油圧室の油圧制御に反映させる度合いを変更する油圧制御内容変更手段(ステップS103,S104,S203)とを備えている。
【選択図】 図1

Description

この発明は、溝幅を変更可能な駆動プーリと従動プーリとにベルトを巻き掛け、それぞれのプーリに対するベルトの巻き掛け有効径を変化させることにより、変速比を連続的に変化させるように構成したベルト式無段変速機に関し、特にその制御装置に関するものである。
従来、エンジンの出力側に無段変速機を設けるとともに、無段変速機の変速比を無段階に制御することにより、エンジンの運転状態を最適な状態に近づける制御が知られている。このような無段変速機としては、ベルト式無段変速機およびトロイダル式無段変速機が知られている。これらのうち、ベルト式無段変速機におけるトルクの伝達は、ベルトと各プーリとの接触面における摩擦力を介しておこなわれるので、入力されるトルクに応じた摩擦力すなわちトルク容量となるように、ベルトと各プーリとの接触圧を確保している。これは、具体的には、各プーリを構成している可動シーブと固定シーブとによってベルトを挟み付けて、ベルトに張力を付与することによりおこなわれている。
ベルトを挟み付ける挟圧力を高くすれば、無段変速機での伝達トルク(トルク容量)が増大するので、ベルトの滑りを回避できるが、挟圧力が過剰に高ければ、無段変速機での動力伝達効率が低下し、また高い油圧を発生させるための動力の消費が多くなる。そのため、一般には、ベルトの滑りが生じない範囲で出来るだけ挟圧力を低く設定し、またエンジン負荷の変化に応じて挟圧力を変化させるようにしている。
また一方、ベルト式無段変速機での変速は、各プーリの溝幅を変化させることにより実行される。したがって変速を実行するために各プーリに作用させる荷重(推力)は、挟圧力を発生させる荷重(推力)と同様に軸線方向に向けた荷重となる。そこで従来では、例えば挟圧力を設定するための油圧を従動プーリに作用させ、これに対して駆動プーリには、従動プーリに作用させている油圧に対抗して挟圧力を維持できる油圧を作用させるとともに、駆動プーリに供給する圧油の量を制御することにより変速比を適宜に設定している。具体的には、駆動プーリおよび従動プーリに油圧室がそれぞれ設けられており、駆動プーリの油圧室に作用する圧油の流量を制御するとともに、従動プーリの油圧室に作用する油圧を制御することにより、ベルト式無段変速機の変速比が無段階に調整される。
このようなベルト式無段変速機の一例が、特許文献1に記載されている。この特許文献1に記載されているベルト式無段変速機では、ベルトの張力に関係する油圧(ライン圧)がフィードバック制御されており、そのフィードバック制御は、ライン圧の変化の遅れ、すなわち目標ライン圧と実際のライン圧との偏差を考慮して実行されている。
また、特許文献2には、変速時の駆動プーリ油圧(変速圧、プライマリ圧)の目標値に基づいて従動プーリ油圧(ライン圧)の目標値を補正し、その目標値を使用してライン圧のフィードバック制御をおこなうように構成された装置が記載されている。
そして、特許文献3には、プーリ油圧(ライン圧)をフィードバック制御するにあたり、変速比の変化率に応じてフィードバック制御の制御ゲインを変更するように構成された装置が記載されている。さらに特許文献4には、ライン圧が安定状態である場合にはライン圧のフィードバック制御をおこない、ライン圧が変化している場合にはライン圧のフィードフォワード制御をおこなうように構成された装置が記載されている。
特開平6−207658号公報 特開平9−280361号公報 特開昭63−269745号公報 特開平5−240331号公報
上記の各特許文献に記載されている発明では、ベルト式無段変速機のプーリ油圧(ライン圧)が、それぞれの構成により適宜にフィードバック制御されることによって、目標ライン圧に対する実際のライン圧の収束性が向上したり、あるいは変速過渡時におけるライン圧制御の制御精度が向上する。
ところで、これら従来のベルト式無段変速機の制御装置では、変速時に各プーリの可動シーブが変位することによって各プーリに設けられた油圧室の受圧容積が変化するため、油圧室に作用する油圧に圧力変化が生じて実油圧が一時的に変化する。しかしながら、上記の各特許文献に記載されている発明では、いずれも、このような変速時における油圧室の受圧容積の変化に伴う圧力変化については考慮されていない。そのため、油圧をフィードバック制御する場合に、目標値に対する実油圧の追従性が低下してしまう可能性があった。
より具体的に説明すると、ベルト式無段変速機では、ベルトが巻き掛けられた一対のプーリのいずれか一方(例えば駆動側のプーリ)の溝幅を油圧によって変化させ、それに伴って他方のプーリ(例えば従動側のプーリ)の溝幅が変化することにより変速が実行される。さらに前記他方のプーリに付設された油圧室に油圧を供給して、ベルトの挟圧力が所定圧力に設定される。そのため、一方のプーリに付設された油圧室に圧油を供給もしくは排出することにより変速を実行することに伴って、他方の油圧室の容積が変化するので、当該他方の油圧室の受圧容積の変化が挟圧力の制御に影響を及ぼす。その場合、挟圧力を設定するための前記油圧室の油圧の制御を、フィードフォワード制御によっておこなうことも可能である。しかしながら、目標油圧に対する実油圧の追従性を良好にするためには、油圧を相対的に高く設定することになるので、動力損失が増大し、あるいは耐久性が低下するなどの可能性がある。このような課題を解消するためにフィードバック制御によって前記油圧を制御することが可能であるが、その場合にも前述した受圧容積の変化が制御精度もしくは目標追従性に影響するので、正確な圧力制御をおこなうためには、技術的な改良をおこなう必要があった。
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、ベルト式無段変速機において、変速などに伴う受圧容積の変化が生じても、プーリに作用させる油圧を適切に制御することのできる制御装置を提供することを目的とするものである。
上記の目的を達成するために、請求項1の発明は、ベルトが巻き掛けられる溝幅を変化させることができるプーリを備えるとともに、そのプーリが前記ベルトを挟み付けるように油圧が供給されかつ前記溝幅の変化に応じて容積が変化する油圧室が前記プーリに付設され、その油圧室の油圧を目標油圧と実油圧との偏差に基づいて制御するベルト式無段変速機の制御装置において、前記油圧室の容積の変化を検出する受圧容積変化検出手段と、前記容積の変化に基づいて、前記偏差を前記油圧室の油圧制御に反映させる度合いを変更する油圧制御内容変更手段とを備えていることを特徴とする制御装置である。
また、請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記油圧の制御が、前記偏差をフィードバックゲインに応じて油圧の制御量に反映させるフィードバック制御を含み、前記油圧制御内容変更手段が、前記容積の変化に応じて前記フィードバックゲインを増大させる手段を含むことを特徴とする制御装置である。
さらに、請求項3の発明は、請求項1または2の発明において、前記油圧の制御が、前記偏差の積分に比例する積分項を制御量の演算に含むフィードバック制御を含み、前記油圧制御内容変更手段が、前記容積の変化に応じて前記積分項の変化を抑制する積分抑制手段を含むことを特徴とする制御装置である。
一方、請求項4の発明は、ベルトが巻き掛けられる溝幅を変化させて変速比を変化させるプーリを備えるとともに、そのプーリが前記ベルトを挟み付けるように油圧が供給される油圧室を前記プーリが備え、その油圧室の油圧を目標油圧と実油圧との偏差に基づいて制御するベルト式無段変速機の制御装置において、前記変速比の変化を検出する変速検出手段と、前記変速比の変化に基づいて、前記偏差を前記油圧室の油圧制御に反映させる度合いを変更する油圧制御内容変更手段とを備えていることを特徴とする制御装置である。
またさらに、請求項5の発明は、請求項4の発明において、前記油圧の制御が、前記偏差をフィードバックゲインに応じて油圧の制御量に反映させる比例動作と、前記偏差の積分を油圧の制御量に反映させる積分動作との少なくともいずれか一方を含むフィードバック制御を含み、前記油圧制御内容変更手段が、前記変速比の変化に応じて前記フィードバックゲインを増大させ、もしくは前記積分動作による積分項の変化を抑制する積分抑制手段を含むことを特徴とする制御装置である。
そしてまた、請求項6の発明は、請求項3または5の発明において、前記積分抑制手段が、前記油圧室の容積もしくは変速比の変化率もしくは変化量が所定の基準値より大きい場合に、前記積分項の値を予め定めた所定値に固定する手段を含むことを特徴とするベルト式無段変速機の制御装置である。
さらにまた、請求項7の発明は、請求項6の発明において、前記ベルト式無段変速機が、前記目標油圧と実油圧との偏差が非線形特性を示す変速機を含み、前記積分項の値が固定される前記所定値が、前記非線形特性を補完する値であることを特徴とするベルト式無段変速機の制御装置である。
そして、請求項8の発明は、上記の請求項1から7のいずれかの発明において、前記プーリが、ベルトが巻き掛けられる溝幅を変化させることができかつ一方のプーリの溝幅の変化に応じて他方のプーリの溝幅が変化する少なくとも一対のプーリを含み、前記油圧室が前記他方のプーリに付設されていることを特徴とする制御装置である。
請求項1の発明によれば、ベルト式無段変速機のプーリに備えられた油圧室に作用する油圧が、目標油圧と実油圧との偏差に基づいて制御される場合に、油圧室の受圧容積の変化に基づいて前記偏差を油圧室の油圧制御に反映させる度合いが変更される。そのため、変速などに伴って油圧室の受圧容積に変化が生じても、プーリに作用させる油圧を適切に制御することができ、目標油圧に対する実油圧のオーバーシュートあるいはアンダーシュートの発生を防止もしくは抑制して、実油圧の目標油圧に対する追従性の低下を回避することができる。
また、請求項2の発明によれば、前記油圧室に作用する油圧が、目標油圧と実油圧との偏差に基づいてフィードバック制御される場合に、油圧室の受圧容積の変化に応じて前記フィードバック制御のフィードバックゲインが増大される。そのため、変速などに伴って油圧室の受圧容積に変化が生じて、前記偏差が大きくなった場合、フィードバックゲインが増大されて制御の応答性が高められる。その結果、プーリに作用させる油圧を適切にフィードバック制御することができ、目標油圧に対する実油圧の追従性の低下を回避することができる。
さらに、請求項3の発明によれば、前記油圧室に作用する油圧が、目標油圧と実油圧との偏差に基づいてフィードバック制御される場合に、油圧室の受圧容積の変化に応じて前記フィードバック制御の積分項の変化が抑制される。そのため、変速などに伴って油圧室の受圧容積に変化が生じても、プーリに作用させる油圧を適切にフィードバック制御することができ、目標油圧に対する実油圧のオーバーシュートあるいはアンダーシュートの発生を防止もしくは抑制して、目標油圧に対する実油圧の追従性の低下を回避することができる。
一方、請求項4の発明によれば、前記油圧室の油圧が、変速比を変化させることによって生じる、目標油圧と実油圧との偏差に基づいて制御される場合に、前記偏差を油圧室の油圧制御に反映させる度合いが、変速比の変化に基づいて変更される。そのため、変速過渡時に、プーリに作用させる油圧を適切に制御することができ、目標油圧に対する実油圧のオーバーシュートあるいはアンダーシュートの発生を防止もしくは抑制して、目標油圧に対する実油圧の追従性の低下を回避することができる。
またさらに、請求項5の発明によれば、前記油圧室の油圧が、変速比を変化させることによって生じる、目標油圧と実油圧との偏差に基づいてフィードバック制御される場合に、変速比の変化に応じて、前記フィードバック制御のフィードバックゲインが増大され、もしくは前記フィードバック制御の積分項の変化が抑制される。そのため、変速過渡時に、プーリに作用させる油圧を適切にフィードバック制御することができ、目標油圧に対する実油圧のオーバーシュートあるいはアンダーシュートの発生を防止もしくは抑制して、目標油圧に対する実油圧の追従性の低下を回避することができる。
そしてまた、請求項6の発明によれば、前記油圧室の容積変化あるいは変速比の変化が大きい場合に、その油圧室の実油圧をフィードバック制御するための積分項の値が予め定めた所定値に固定されるので、その実油圧と目標油圧との偏差の変化の影響を抑制でき、その結果、油圧制御量のオーバーシュートやアンダーシュートの発生を防止もしくは抑制して、目標油圧に対する実油圧の追従性の低下を回避することができる。
さらにまた、請求項7の発明によれば、固定される積分項の値が、前記偏差の非線形特性を補完する値となるので、前記油圧室の油圧についての制御量のオーバーシュートやアンダーシュートの発生を防止もしくは抑制して、目標油圧に対する実油圧の追従性の低下を回避することができる。
そして、請求項8の発明によれば、一方のプーリ(例えば駆動プーリ)で変速比が制御されて他方のプーリ(例えば従動プーリ)で挟圧力が制御されるベルト式無段変速機において、変速過渡時や受圧容積の変化時でも、他方のプーリ(例えば従動プーリ)に作用させる油圧すなわち挟圧力を適切に制御することができる。
次にこの発明を具体例に基づいて説明する。先ず、この発明で対象とする動力源および無段変速機を含む駆動系統の一例を説明する。図8は、ベルト式の無段変速機1を含む駆動系統の一例を模式的に示しており、その無段変速機1は、前後進切換機構2およびロックアップクラッチ3付きの流体伝動機構4を介して動力源5に連結されている。
その動力源5は、内燃機関、あるいは内燃機関と電動機、もしくは電動機などによって構成されている。なお、以下の説明では、動力源5をエンジン5と記す。また、流体伝動機構4は、例えば従来のトルクコンバータと同様の構成であって、エンジン5によって回転させられるポンプインペラとこれに対向させて配置したタービンランナと、これらの間に配置したステータとを有し、ポンプインペラで発生させたフルードの螺旋流をタービンランナに供給することによりタービンランナを回転させ、トルクを伝達するように構成されている。
このような流体を介したトルクの伝達では、ポンプインペラとタービンランナとの間に不可避的な滑りが生じ、これが動力伝達効率の低下要因となるので、ポンプインペラなどの入力側の部材とタービンランナなどの出力側の部材とを直接連結するロックアップクラッチ3が設けられている。このロックアップクラッチ3は、油圧によって制御するように構成され、完全係合状態および完全解放状態、ならびにこれらの中間の状態であるスリップ状態に制御され、さらにそのスリップ回転数を適宜に制御できるようになっている。
前後進切換機構2は、エンジン5の回転方向が一方向に限られていることに伴って採用されている機構であって、入力されたトルクをそのまま出力し、また反転して出力するように構成されている。図8に示す例では、前後進切換機構2としてダブルピニオン型の遊星歯車機構が採用されている。すなわち、サンギヤ6と同心円上にリングギヤ7が配置され、これらのサンギヤ6とリングギヤ7との間に、サンギヤ6に噛合したピニオンギヤ8とそのピニオンギヤ8およびリングギヤ7に噛合した他のピニオンギヤ9とが配置され、これらのピニオンギヤ8,9がキャリヤ10によって自転かつ公転自在に保持されている。そして、二つの回転要素(具体的にはサンギヤ6とキャリヤ10と)を一体的に連結する前進用クラッチ11が設けられ、またリングギヤ7を選択的に固定することにより、出力されるトルクの方向を反転する後進用ブレーキ12が設けられている。
無段変速機1は、従来知られているベルト式無段変速機と同じ構成であって、互いに平行に配置された駆動プーリ13と従動プーリ14とのそれぞれが、固定シーブと、油圧式のアクチュエータ15,16によって軸線方向に前後動させられる可動シーブとによって構成されている。したがって各プーリ13,14の溝幅が、可動シーブを軸線方向に移動させることにより変化し、それに伴って各プーリ13,14に巻掛けたベルト17の巻掛け半径(プーリ13,14の有効径)が連続的に変化し、変速比が無段階に変化するようになっている。そして、上記の駆動プーリ13が前後進切換機構2における出力要素であるキャリヤ10に連結されている。なお、各アクチュエータ15,16は、圧油が供給されることにより、あるいは油圧が高くなることにより、可動シーブを固定シーブ側に押圧するように構成されている。したがって、各アクチュエータ15,16の容積(受圧容積)は、可動シーブが固定シーブ側に移動することによって増大する。
なお、従動プーリ14における油圧アクチュエータ16には、無段変速機1に入力されるトルクに応じた油圧(ライン圧もしくはその補正圧)が、図示しない油圧ポンプおよび油圧制御装置を介して供給されている。したがって、従動プーリ14における各シーブがベルト17を挟み付けることにより、ベルト17に張力が付与され、各プーリ13,14とベルト17との挟圧力(接触圧力)が確保されるようになっている。これに対して駆動プーリ13における油圧アクチュエータ15には、設定するべき変速比に応じた圧油が供給され、目標とする変速比に応じた溝幅(有効径)に設定するようになっている。
上記の従動プーリ14が、ギヤ対18を介してディファレンシャル19に連結され、このディファレンシャル19から駆動輪20にトルクを出力するようになっている。したがって上記の駆動機構では、エンジン5と駆動輪20との間に、ロックアップクラッチ3と無段変速機1とが直列に配列されている。
上記の無段変速機1およびエンジン5を搭載した車両の動作状態(走行状態)を検出するために各種のセンサが設けられている。すなわち、無段変速機1に対する入力回転数(前記タービンランナの回転数)を検出して信号を出力するタービン回転数センサ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、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、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などが設けられている。
上記の前進用クラッチ11および後進用ブレーキ12の係合・解放の制御、および前記ベルト17の挟圧力の制御、ならびに変速比の制御、さらにはロックアップクラッチ3の制御をおこなうために、変速機用電子制御装置(CVT−ECU)25が設けられている。この変速機用電子制御装置25は、一例としてマイクロコンピュータを主体として構成され、入力されたデータおよび予め記憶しているデータに基づいて所定のプログラムに従って演算をおこない、前進や後進あるいはニュートラルなどの各種の状態、および要求される挟圧力の設定、ならびに変速比の設定、ロックアップクラッチ3の係合・解放ならびにスリップ回転数などの制御を実行するように構成されている。
ここで、変速機用電子制御装置25に入力されているデータ(信号)の例を示すと、無段変速機1の入力回転数(入力回転速度)Ninの信号、無段変速機1の出力回転数(出力回転速度)Noの信号が、それぞれに対応するセンサ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。
無段変速機1によれば、入力回転数であるエンジン回転数を無段階に(言い換えれば、連続的に)制御できるので、これを搭載した車両の燃費を向上できる。例えば、アクセル開度などによって表される要求駆動量と車速とに基づいて目標駆動力が求められ、その目標駆動力を得るために必要な目標出力が目標駆動力と車速とに基づいて求められ、その目標出力を最適燃費で得るためのエンジン回転数が予め用意したマップに基づいて求められ、そして、そのエンジン回転数となるように変速比が制御される。
そのような燃費向上の利点を損なわないために、無段変速機1における動力の伝達効率が良好な状態に制御される。具体的には、無段変速機1のトルク容量すなわちベルト挟圧力が、エンジントルクに基づいて決まる目標トルクを伝達でき、かつベルト17の滑りが生じない範囲で可及的に低いベルト挟圧力になるよう制御される。例えば、加減速が比較的頻繁におこなわれたり、路面の凹凸もしくは起伏がある悪路を走行している場合などのいわゆる非定常走行状態では、ベルト挟圧力が、無段変速機1を制御する油圧系統における全体の元圧となるライン圧もしくはその補正圧程度の相対的に高い圧力に設定する。
これに対して平坦路をある程度以上の車速で定速走行しているなどの定常走行状態もしくはこれに準ずる準定常走行状態では、滑りを生じずに入力トルクを伝達できる最低の圧力すなわち限界挟圧力を検出するために、ベルト挟圧力が徐々に低下される。そしてそのベルト挟圧力が、検出された限界挟圧力に所定の安全率もしくは滑りに対する余裕伝達トルクを設定する圧力を加えたベルト挟圧力に設定される。そして、この無段変速機におけるベルト挟圧力は、滑りを生じることなくトルクを伝達できる範囲で可及的に低い圧力であることが好ましい。
ここで、無段変速機1に対する入力トルクTinに応じた理論挟圧力Ptは、以下の式で表される。
Pt=Tin×cosθ/(2×μ×Rin×Aout)
θは各プーリ13,14でのベルト17の挟み角度、μは各プーリ13,14とベルト17との間の摩擦係数、Rinは駆動プーリ13におけるベルト17の巻き掛け半径であり変速比から求めることもできる。さらに、Aoutは従動プーリ14側のアクチュエータ16における受圧面積である。したがって定常走行状態もしくは準定常走行状態では、この理論挟圧力Ptもしくはこれに所定の安全率を掛けた圧力が、従動プーリ14側のアクチュエータ16の目標圧力(目標油圧)とされる。なお、非定常走行状態では、前述したライン圧もしくはその補正圧が目標圧力(目標油圧)とされる。
また、前述したように従来のベルト式無段変速機の制御装置では、変速時に各プーリ13,14の可動シーブが変位することによって各プーリ13,14に設けられた油圧室の受圧容積が変化するため、油圧室に作用する油圧に圧力変化が生じて、実油圧が一時的に変化する。このとき、従来のように変速時の油圧室の受圧容積の変化に伴う圧力変化について考慮せずにフィードバック制御をおこなうと、制御の追従性が低下してしまったり、変速後のオーバーシュートやアンダーシュートが発生してしまったりする可能性がある。
例えば、図7のタイムチャートで示すように、変速指令により無段変速機1の変速が開始されると、設定すべき変速比に対応する挟圧力を設定するように油圧(挟圧力)指令値が変更される。このとき、実油圧は、油圧指令値に対して不可避的な制御遅れ(無駄時間)を伴って変化を開始する。その場合、従来のようにフィードバック制御における比例動作の比例ゲイン(フィードバックゲイン)が、油圧指令値や変速比の変化に関係なく一律に設定されたままであると、フィードバック制御の目標値に対する実値(実油圧(挟圧力))の追従性が低下してしまい、目標値と実値との偏差(この場合は比例動作による定常偏差もしくは残留偏差)が一層大きくなってしまう場合がある(図7の範囲C,Dで示す部分)。
また、フィードバック制御における積分動作の積分項の累積を継続させたままであると、増大した偏差を抑えるために、積分項が増大もしくは低下(変化量の絶対値としては増大)させられる。その結果、今度は、実値が目標値を超えて下回ったりもしくは上回ったりしてしまい、いわゆる、アンダーシュートもしくはオーバーシュートが発生してしまう場合がある(図7の範囲E,Fで示す部分)。そこでこの発明の制御装置は、以下の制御を実行するように構成されている。
図1はこの発明における第1の制御例を説明するためのフローチャートであって、このフローチャートで示されるルーチンは、所定の短時間毎に繰り返し実行される。図1において、先ず、無段変速機1の油圧制御装置におけるフィードバック制御の実行が可能か否かが判断される(ステップS101)。その判断基準としての制御の実行条件は、シフトポジションがドライブレンジであること、圧力センサや油圧回路に異常がないこと、油温が正常範囲内であること、油圧回路の油圧特性が学習済みであることなどがすべて成立する場合である。
上記の制御の実行条件が成立しないことによって、このステップS101で否定的に判断された場合は、特に制御をおこなうことなく、このルーチンを一旦終了する。これに対して、制御の実行条件が成立することによって、ステップS101で肯定的に判断された場合は、ステップS102へ進み、変速指令としての変速デューティ(絶対値)が所定値α以上であるか否かが判断される。この変速デューティとは、変速比を制御するためのデューティソレノイドバルブ(図示せず)に対するデューティ指令値である。すなわち、前述したベルト式無段変速機1は、駆動プーリ13側のアクチュエータ15をデューティソレノイドバルブによって制御するように構成されている。一例として、圧油を供給するためのアップシフト用デューティソレノイドバルブと圧油を排出するためのダウンシフト用デューティソレノイドバルブとが設けられている。そのアップシフト用デューティソレノイドバルブに対する指令値であるデューティ比を大きくすると、圧油の流量が増大して、速い速度でアップシフトが実行される。またダウンシフト用デューティソレノイドバルブに対する指令値であるデューティ比を大きくすると、圧油の排出流量が増大して、速い速度でダウンシフトが実行される。したがってこの変速デューティは、変速に関連する物理量であればよく、例えば実変速速度やシーブの変位速度などを利用することができる。
変速デューティが所定値α以上であることによって、ステップS102で肯定的に判断された場合は、ステップS103へ進み、フィードバック制御における比例動作の比例ゲイン(フィードバックゲイン)として、ゲインG2が選択されて設定される。このゲインG2は、後述するゲインG1よりも大きな値となるように予め定められた比例ゲインである。
変速指令として大きい変速デューティが出力されると、変速比を設定するための駆動プーリ13側のアクチュエータ15に急速に圧油が供給され、あるいは反対に急速に圧油が排出され、それに伴って速い速度で変速が生じる。また一方、変速比に応じた挟圧力を設定するための油圧指令値(目標挟圧力もしくは目標油圧を設定するための指令値)が出力される。前述したように、ベルト式無段変速機1での変速は、駆動プーリ13における溝幅が変化して、各プーリ13,14に対するベルト17の巻き掛け半径が変化することによって実行されるから、駆動プーリ13の溝幅が変化することに伴って、従動プーリ14における可動シーブが移動し、その結果、従動プーリ14側のアクチュエータ16の容積(受圧容積)が変化する。一方、挟圧力を設定するためのこのアクチュエータ16の油圧制御には、不可避的な応答遅れがある。そのため、変速過渡状態では、前記アクチュエータ16の実油圧と目標油圧との偏差が大きくなり、変速デューティすなわち変速速度が大きいほど、その偏差が大きくなる。
このように、変速デューティが大きくなることによって、油圧あるいは受圧容積あるいは変速比の変化が大きくなると、それに伴って挟圧力のフィードバック制御の目標値に対する実際値の追従が間に合わなくなり、その結果、目標値と実値との偏差が大きくなってしまう。そこで、このステップS103の制御では、変速デューティが所定値α以上になった場合に、比例ゲインを大きくして(すなわちゲインG2を選択して)制御の応答性を高めることによって、制御の追従性が低下してしまうことを防止もしくは抑制する。
一方、変速デューティが所定値αよりも小さいことによって、ステップS102で否定的に判断された場合は、ステップS104へ進み、フィードバック制御における比例動作の比例ゲインとして、上述したゲインG2よりも小さいゲインG1が選択されて設定される。上述の変速デューティが大きくなって目標値と実値との偏差が大きくなる場合とは反対に、変速デューティが小さい場合には、比例ゲインが大き過ぎると制御の応答性が過剰に高い状態となり、オーバーシュートやアンダーシュートが生じ易くなって制御のハンチングが生じてしまう場合がある。そのため、変速デューティが所定値αを超えるまでは、比例ゲインを相対的に小さくして(すなわちゲインG1を選択して)制御の応答性を低くすることによって、制御のハンチングが防止もしくは抑制される。
上記のステップS103もしくはステップS104でフィードバック制御における比例動作の比例ゲインが、ゲインG2もしくはゲインG1に設定されると、その比例ゲインによってフィードバック制御の比例動作が実行される(ステップS105)。そしてその後、このルーチンを一旦終了する。
このように、変速デューティの変化、すなわち受圧容積の変化もしくは変速比の変化に応じて、フィードバック制御における比例動作の比例ゲインが、ゲインG2もしくはゲインG1の大きさの異なった大小の値が選択されて設定されることによって、制御のハンチングを防止もしくは抑制することができ、制御の追従性の低下を防ぐことができる。
図2はこの発明における第2の制御例を説明するためのフローチャートである。図1のフローチャートと同様、先ず、無段変速機1の油圧制御装置におけるフィードバック制御の実行が可能か否かが判断される(ステップS201)。制御の実行条件が成立しないことによって、このステップS201で否定的に判断された場合は、特に制御をおこなうことなく、このルーチンを一旦終了する。
一方、制御の実行条件が成立することによって、ステップS201で肯定的に判断された場合は、ステップS202へ進み、変速指令としての変速デューティが所定値α以上であるか否かが判断される。変速デューティが所定値α以上であることによって、このステップS202で肯定的に判断された場合は、ステップS203へ進み、フィードバック制御の積分項の累積が中断され、続いてフィードバック制御の積分動作が実行される(ステップS204)。すなわちその積分項を含む、油圧のフィードバック制御が実行される。
フィードバック制御における積分動作は、比例動作による残留偏差を解消するように働く動作である。目標値と実値との偏差が大きくなると、その偏差を速やかに解消させるために積分動作の積分項が増大もしくは低下させられる。しかしながら、例えば前述の図1に示した制御例のように、偏差が大きくなることによってフィードバック制御における比例動作の比例ゲインが増大され、その後に偏差が小さくなった際に積分動作の積分項の累積が継続されたままの状態であると、不適当な積分項で積分動作が実行されることとなって、アンダーシュートやオーバーシュートが発生してしまう可能性がある。そこで、このステップS203,S204の制御では、変速デューティが所定値α以上である場合に、積分項の累積が中断されて積分動作が実行されることによって、制御指令値に対する積分項の反映度合い(すなわち過渡的な状況の反映度合い)が小さくなり、制御量のアンダーシュートやオーバーシュートの発生が防止もしくは抑制される。
これに対して、変速デューティが所定値αよりも小さいことによって、ステップS202で否定的に判断された場合は、ステップS203の制御を飛ばして上記のステップS204へ進み、同様の制御が実行される。すなわち積分項の累積を中断せずにフィードバック制御の積分動作が実行される。そしてその後、このルーチンを一旦終了する。
図3は、上記の図1および図2に示す制御を実施した場合における、変速デューティの変化に対する無段変速機1の変速比や油圧(挟圧力)の変化の状態を模式的に示したタイムチャートである。変速指令が出力されて変速デューティが増大すると、設定すべき変速比に応じた圧油を供給するように油圧指令値(基本指令値)が変更される。このとき、実油圧は油圧指令値に対して不可避的な制御遅れ(無駄時間)を伴って変化を開始する。
前述したように、比例ゲイン(フィードバックゲイン)が変速デューティの変化にかかわらず一律に設定されたままであると、目標値に対する実値の追従性が低下してしまう場合があるが、ここでは、変速デューティの変化の程度を判定する閾値として所定値αを設け、変速デューティがこの所定値α以上となる場合(図3の区間A,Bで示す部分)に、比例ゲインが、それまで設定されていたゲインG1から、そのゲインG1よりも大きな値であるゲインG2に変更されることによって制御の応答性が高められる。そのため、制御遅れ(無駄時間)によって目標値と実値との偏差が増大しても、速やかに実値を目標値へ近づけるように制御がおこなわれることになり、制御の追従性が低下してしまうことが防止もしくは抑制される。
また、変速デューティがこの所定値α以上となる場合には、比例ゲインがゲインG2に変更されるとともに、フィードバック制御における積分動作の積分項の累積が中断される。前述したように、偏差が大きくなり比例ゲインが増大された際に、積分項の累積が中断されて積分動作が実行されることによって、制御指令値に対する積分項の反映度合いが小さくなり、制御量のアンダーシュートやオーバーシュートの発生を抑えて制御のハンチングが防止もしくは抑制される。
このように、変速デューティの変化、すなわち受圧容積の変化もしくは変速比の変化に応じてフィードバック制御の積分項の累積が中断されたり(すなわち積分項の変化が抑制されたり)、あるいは積分項の累積が継続されたりして積分動作が実行されることによって、制御のハンチングを防止もしくは抑制することができ、制御の追従性の低下を防ぐことができる。
以上のように、この発明に係る制御装置では、無段変速機1の各プーリ13,14に備えられた油圧室に作用する油圧が、目標油圧と実油圧との偏差に基づいて制御される場合に、油圧室の受圧容積の変化、もしくは変速比の変化に基づいてその偏差を油圧室の油圧制御に反映させる度合いが変更される。具体的には、油圧室の受圧容積の変化、もしくは変速比の変化に応じて油圧室の油圧制御をフィードバック制御する際のフィードバックゲインが増大される。例えば受圧容積(あるいは変速指令、変速速度)の変化(変化幅あるいは変化率などを含む)が大きいほど、もしくは変速比(あるいは変速指令、変速速度)の変化(変化幅あるいは変化率などを含む)が大きいほどフィードバックゲインが増大される。あるいは、油圧室の受圧容積の変化、もしくは変速比の変化に応じて油圧室の油圧制御をフィードバック制御する際のフィードバック制御の積分項の変化が抑制される。例えば受圧容積(あるいは変速指令、変速速度)の変化(変化幅あるいは変化率などを含む)が大きいほど、もしくは変速比(あるいは変速指令、変速速度)の変化(変化幅あるいは変化率などを含む)が大きいほどフィードバック制御の積分項の変化が抑制される。その結果、変速などに伴う油圧室の受圧容積の変化、もしくは変速比の変化に対応して、プーリに作用させる油圧を適切に制御することができ、目標油圧に対する実油圧のオーバーシュートあるいはアンダーシュートの発生を防止もしくは抑制して、目標油圧に対する実油圧の追従性の低下を回避することができる。
上述した具体例では、変速デューティ(絶対値)が所定の判断基準値α以上の場合に、積分項の累積を中断する。したがって積分項の値は、累積の中断の直前の値になる。一方、変速過渡時に生じる挟圧力を設定するための油圧の目標値と実際値との偏差は、ベルト式無段変速機1やその油圧制御装置などの個体差によって異なっており、またその変化の傾向は、非線形特性を示す場合が多い。そのため、積分項の累積を中断して保持した積分項積算値が、実際の特性を反映したものとはならない場合がある。
すなわち、前記油圧の目標値と実際値との偏差の変化の傾向の一例を図で示せば、図4のとおりである。図4は、アップシフトの過渡状態における従動プーリ14側のアクチュエータ16の油圧指令値と実油圧値との変化を示しており、油圧指令値は、前述した理論挟圧力に応じた値であるから、アップシフト時には低下させるとになり、図4に破線で示すように変化する。これに対して実油圧値は、実線で示すように、油圧指令値に対して高い圧力で推移する。アップシフトの場合、駆動プーリ13の溝幅が狭くなることによって、従動プーリ14の溝幅が押し広げられるから、そのアクチュエータ16から強制的に油圧を排出する作用が生じる。これは、そのアクチュエータ16における受圧容積の減少に伴う作用であり、したがって圧油を圧縮することになるので、油圧の実際値は、指令値より相対的に高くなる。
しかしながら、アップシフトに伴って挟圧力を低下させる油圧指令が出力されているので、実油圧値は次第に油圧指令値に近づき、両者の偏差が小さくなる。このような偏差の減少傾向は、油路の構成や制御バルブ(それぞれ図示せず)の特性などによって異なり、挟圧力を設定するための油圧の制御には、その偏差をある程度は取り込む必要がある。したがって、その偏差の大小によっては、累積が中断されたことによって設定されている積分項積算値が相対的に過小になったり、反対に過剰になったりし、これが原因で油圧制御量のアンダーシュートやオーバーシュートが生じる可能性がある。
そこで、この発明では、上述したような油圧指令値と実油圧値との偏差の非線形特性を補完するように、積分項の値を設定するように構成することもできる。その例を図5にフローチャートで示してある。図5に示す例では、先ず、油圧のフィードバック制御(FB制御)が可能か否かが判断される(ステップS301)。これは、前述した図1に示すステップS101あるいは図2に示すステップS201と同様の判断ステップである。このステップS301で否定的に判断された場合には、特に制御をおこなうことなくこのルーチンを一旦終了する。
これに対してステップS301で肯定的に判断された場合には、油圧指令値と実油圧値との偏差ΔPが求められる(ステップS302)。油圧指令値は、変速比から求められる駆動プーリ13に対するベルト17の巻き掛け半径Rin、および入力トルクTinなどから演算される理論挟圧力に基づいて得ることができ、また実油圧値はセンサによる検出値から得ることができる。前述したように、挟圧力を設定するための従動プーリ14側のアクチュエータ16の圧力は、アップシフト時には目標油圧(油圧指令値)より高く、これとは反対にダウンシフト時には低くなるから、ステップS302で求められる偏差ΔPは、実行される変速がアップシフトか、ダウンシフトかの判定に使用される。
つぎに、変速デューティが判断基準として予め定めた所定値α以上でかつ前記偏差ΔPが負の値か否かが判断される(ステップS303)。言い換えれば、変速速度が速く、かつその変速がアップシフトか否かが判断される。このステップS303で肯定的に判断された場合には、従動プーリ14側のアクチュエータ16の圧力が、変速に伴うそのアクチュエータ16の受圧容積の変化の影響を大きく受けるので、その圧力のフィードバック制御における積分項積算値I(i)が、予め定められた所定値Ioに固定される(ステップS304)。
この所定値Ioは、アップシフト時における、挟圧力を設定する油圧指令値と実油圧値との偏差ΔPの非線形特性を補完するように、積分項積算値として設定された値であり、いわゆる設計値として予め定められた値である。なお、この所定値Ioは、一定値であってもよく、あるいは変速デューティの値などに応じて変化する値であってもよい。
一方、変速デューティが所定値より小さく、あるいは変速がアップシフトでないことにより、ステップS303で否定的に判断された場合には、積分項積算値の累積が継続される(ステップS305)。従動プーリ14側のアクチュエータ16における受圧容積の変化が緩慢であって、その受圧容積の変化が、挟圧力を設定する油圧に特に大きくは影響しないからである。また、ダウンシフトの場合には、受圧容積の変化の影響が、油圧を高くする方向に表れるので、ベルト滑りの発生を回避する点では、問題とならないからである。
そして、上記のステップS304もしくはステップS305で得られた積分項積算値に所定の積分ゲインを乗算して積分動作(積分制御)を含む、油圧のフィードバック制御が実行される(ステップS306)。
上記の図5に示す制御をおこなった場合の変速デューティ、積分項積算値、油圧(挟圧力)、変速比の変化を図6にタイムチャートで示してある。変速デューティが僅かなアップシフト状態から急激に増大し、その値が判断基準として予め定めてある所定値α以上になると(T1時点)、積分項積算値I(i)が所定値Ioに固定される。また、急激にアップシフトが生じることにより、従動プーリ14側のアクチュエータ16における受圧容積が強制的に減少させられ、それに伴ってその油圧が油圧指令値(基本指令値)に対して増大し、所定の偏差ΔPが生じる。さらに、変速デューティが出力されていることにより、変速比が次第に低下する。なお、図6に示す基本指令値とは、入力トルクや変速比などに基づいて求められる挟圧力を設定するための油圧の指令値であり、フィードバック制御による制御指令値ではない。
変速比が目標変速比に近づくことにより、あるいはベルト式無段変速機1の入力回転数が目標入力回転数に近づくことにより、変速デューティが低下させられる。その結果、変速デューティが前記所定値αより小さくなると(T2時点)、積分項積算値を前記所定値Ioに固定する制御が解除され、積分項の累積が再開される。
上述したT1時点からT2時点までの間における前記偏差ΔPは、アップシフトに伴う前記アクチュエータ16の受圧容積の変化に起因する油圧の増大を含んだものであり、装置の個体差などが要因となる非線形特性を示すものである。上記の所定値Ioは、そのような偏差ΔPを基礎とせずに、前記偏差ΔPの非線形特性を補完するように設定されているので、T2時点以降のフィードバック制御での制御量が過大にならない。その結果、実油圧値が油圧指令値(基本指令値)にほぼ追従して変化し、制御量のオーバーシュート(実油圧値が大きく低下するアンダーシュート)が回避もしくは抑制される。すなわち、実油圧の目標油圧に対する追従性を向上させることができる。
その後、アクセルペダル(図示せず)が踏み込まれるなどのことによってダウンシフト指令が出力され、その変速デューティが前記所定値α以上になると(T3時点)、変速比が増大する。これは、前記駆動プーリ13の溝幅を大きくして、ベルト17の巻き掛け半径を減少させることによって生じるので、従動プーリ14側のアクチュエータ16の受圧容積は、従動プーリ14の溝幅が減少することにより、増大する。そのため、受圧容積の減少の影響で、実油圧値が油圧の基本指令値に対して相対的に低くなる。すなわち、実油圧値と油圧指令値との偏差ΔPが大きくなる。この場合、図5および図6に示す例では、積分項の累積を継続する。
したがって、変速デューティの大きいダウンシフトの場合、積分項積算値が大きくなる。そのため、変速比が目標変速比に近づいて変速デューティが前記所定値αより小さくなった(T4時点)後であっても、制御上は大きい定常偏差が残っていることになり、その結果、実油圧を更に増大させる方向にフィードバック制御が実行される。そのため、図6に示すように、実油圧値が油圧指令値(基本指令値)を一時的に超えるいわゆる制御量のオーバーシュートが生じる。しかし、これは、挟圧力を増大させるものであるから、ベルト17に滑りが生じる可能性は殆どなく、実用上は、許容されるオーバーシュートである。
なお、挟圧力を増大させる方向の油圧制御のオーバーシュートは、ベルト17や各プーリ13,14に掛かる荷重を増大させることになるので、耐久性を向上させるためには、この種のオーバーシュートを抑制することが好ましい。そのためには、ダウンシフトの場合にも、前述したアップシフトの場合と同様に、積分項積算値を、適宜の値に固定する制御を実行すればよい。
ここで、上述した具体例とこの発明との関係を簡単に説明すると、上述したステップS102,S202,ステップS303の各機能的手段が、この発明の受圧容積変化検出手段もしくは変速検出手段に相当する。また、ステップS103,S104,S203,S304,S306の各機能的手段が、この発明の油圧制御内容変更手段に相当する。さらに、ステップS203,S304の機能的手段が、この発明の積分抑制手段に相当する。
なお、この発明は上述した具体例に限定されないのであり、上述した具体例では、変速デューティの大きさに応じて選択されるゲインG1,G2の各比例ゲイン(フィードバックゲイン)は予め定められたプリセット値となっているが、状況に応じて可変としてもよい。例えば、変速デューティの変化に基づいて、演算で求めてもよくあるいはマップから求めてもよい。
また、上述した具体例では、変速デューティが所定値α以上である場合に、積分項の累積を中断して積分動作を実行することによって、制御指令値に対する積分項の反映度合いを小さくする例を示しているが、例えば、積分項を補正したり、あるいは積分項の累積量を変更したりすることなどによって、積分項の反映度合いを小さくするようにしてもよい。すなわち、この発明では、フィードバック制御における比例動作や積分動作に使用されるゲインや積分値を変更もしくは固定することに替えて、これらの値の補正パラメータを新たに組み入れ、あるいは比例動作や積分動作に使用する偏差を補正する補正パラメータを新たに組み入れ、その補正パラメータを変速デューティなどの変速の状況を示すデータに基づいて変更もしくは設定することによって、受圧容積の変化を油圧制御に反映させる度合いを変更するように構成することもできる。
この発明の制御装置による第1の制御例を説明するためのフローチャートである。 この発明の制御装置による第2の制御例を説明するためのフローチャートである。 図1,2の制御例に対応するタイムチャートである。 油圧指令値に対する実油圧値の非線形特性を示す線図である。 この発明の制御装置による第3の制御例を説明するためのフローチャートである。 図4に示す制御例に対応するタイムチャートである。 この発明を実施しない場合の油圧(挟圧力)の変化状態を説明するためのタイムチャートである。 この発明の制御装置を適用可能な車両のパワートレーンおよび制御系統を示す概念図である。
符号の説明
1…無段変速機、 3…ロックアップクラッチ、 5…エンジン(動力源)、 13…駆動プーリ、 14…従動プーリ、 15,16…油圧アクチュエータ、 17…ベルト、 20…駆動輪、 25…変速機用電子制御装置(CVT−ECU)。

Claims (8)

  1. ベルトが巻き掛けられる溝幅を変化させることができるプーリを備えるとともに、そのプーリが前記ベルトを挟み付けるように油圧が供給されかつ前記溝幅の変化に応じて容積が変化する油圧室が前記プーリに付設され、その油圧室の油圧を目標油圧と実油圧との偏差に基づいて制御するベルト式無段変速機の制御装置において、
    前記油圧室の容積の変化を検出する受圧容積変化検出手段と、
    前記容積の変化に基づいて、前記偏差を前記油圧室の油圧制御に反映させる度合いを変更する油圧制御内容変更手段と
    を備えていることを特徴とするベルト式無段変速機の制御装置。
  2. 前記油圧の制御が、前記偏差をフィードバックゲインに応じて油圧の制御量に反映させるフィードバック制御を含み、
    前記油圧制御内容変更手段が、前記容積の変化に応じて前記フィードバックゲインを増大させる手段を含む
    ことを特徴とする請求項1に記載のベルト式無段変速機の制御装置。
  3. 前記油圧の制御が、前記偏差の積分に比例する積分項を制御量の演算に含むフィードバック制御を含み、
    前記油圧制御内容変更手段が、前記容積の変化に応じて前記積分項の変化を抑制する積分抑制手段を含む
    ことを特徴とする請求項1または2に記載のベルト式無段変速機の制御装置。
  4. ベルトが巻き掛けられる溝幅を変化させて変速比を変化させるプーリを備えるとともに、そのプーリが前記ベルトを挟み付けるように油圧が供給される油圧室を前記プーリが備え、その油圧室の油圧を目標油圧と実油圧との偏差に基づいて制御するベルト式無段変速機の制御装置において、
    前記変速比の変化を検出する変速検出手段と、
    前記変速比の変化に基づいて、前記偏差を前記油圧室の油圧制御に反映させる度合いを変更する油圧制御内容変更手段と
    を備えていることを特徴とするベルト式無段変速機の制御装置。
  5. 前記油圧の制御が、前記偏差をフィードバックゲインに応じて油圧の制御量に反映させる比例動作と、前記偏差の積分を油圧の制御量に反映させる積分動作との少なくともいずれか一方を含むフィードバック制御を含み、
    前記油圧制御内容変更手段が、前記変速比の変化に応じて前記フィードバックゲインを増大させ、もしくは前記積分動作による積分項の変化を抑制する積分抑制手段を含む
    ことを特徴とする請求項4に記載のベルト式無段変速機の制御装置。
  6. 前記積分抑制手段が、前記油圧室の容積もしくは変速比の変化率もしくは変化量が所定の基準値より大きい場合に、前記積分項の値を予め定めた所定値に固定する手段を含むことを特徴とする請求項3または5に記載のベルト式無段変速機の制御装置。
  7. 前記ベルト式無段変速機は、前記目標油圧と実油圧との偏差が非線形特性を示す変速機を含み、
    前記積分項の値が固定される前記所定値が、前記非線形特性を補完する値であることを特徴とする請求項6に記載のベルト式無段変速機の制御装置。
  8. 前記プーリが、ベルトが巻き掛けられる溝幅を変化させることができかつ一方のプーリの溝幅の変化に応じて他方のプーリの溝幅が変化する少なくとも一対のプーリを含み、
    前記油圧室が前記他方のプーリに付設されていることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載のベルト式無段変速機の制御装置。
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