JP2006234146A - Ｖベルト式無段変速機のプーリ推力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃費を向上することができるＶベルト式無段変速機の推力制御装置を提供する。
【解決手段】 プーリ圧制御弁３０、６１を制御する油圧制御手段１００と、プーリ目標推力を算出するプーリ目標推力演算手段２０と、を備えたＶベルト式無段変速機において、プーリ目標推力演算手段２０は、プーリ比が１未満の場合には、プーリ目標推力がプライマリプーリ１０への入力と、Ｖベルトを構成するエレメントとセカンダリプーリ１１との間の静摩擦係数に基づき演算され、油圧制御手段１００は、演算されたプーリ目標推力に基づき制御弁６１を制御し、プーリ比が１より大きい場合には、プーリ目標推力がプライマリプーリ１０への入力とＶベルトを構成するエレメントとプライマリプーリ１０との間の動摩擦係数に基づき演算され、油圧制御手段１００は、演算されたプーリ目標推力に基づきプーリ圧制御弁３０を制御する推力制御装置である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、Ｖベルト式無段変速機のプーリ推力制御装置の改良に関するものである。

車両用に搭載されるＶベルト式の無段変速機では、溝幅を油圧に基づいて可変制御するプライマリプーリとセカンダリプーリでＶベルトを狭持し、その接触摩擦力によって動力の伝達を行っている。

このような無段変速機において、変速時にプライマリプーリに供給される圧力とセカンダリプーリに供給される圧力を設定する技術として特許文献１に記載の技術がある。

これは、目標変速比と入力トルクからまず、目標セカンダリプーリ圧を算出し、この目標セカンダリプーリ圧と目標変速速度から目標プライマリプーリ圧を求める。このとき目標プライマリプーリ圧が所定のＶベルト滑り限界圧以下の場合にはプライマリプーリ側Ｖベルト滑り限界圧から目標セカンダリプーリ圧を逆算する。このような制御を行うことによりＶベルトの滑りを発生することなく、目標変速比を達成しようとするものである。

しかしながら、特許文献１のような従来の無段変速機の制御装置では、目標プーリ圧の設定にあたって一定の安全率を考慮する。このため、プーリ比がハイ側の場合に必要以上に目標プーリ圧が高く設定されていた。この状態を解消するため、プーリ比に応じて目標プーリ圧の安全率を変化させることが提案されている（非特許文献１参照）。なお、ここで、プーリ比がハイ側とはプーリ比が１未満を意味し、ロー側とはプーリ比が１より大きいことを意味する。

一方、目標プーリ圧は、入力トルクと変速比に応じて定める旨の記載があるのみであり、Ｖベルトエレメントとプーリ間の摩擦係数を考慮しておらず、目標プーリ圧の設定誤差が大きくなり、燃費の向上代があると考えられる。ここで摩擦係数は、滑り速度が大きいほど、摩擦係数が小さくなる傾向にあり、動摩擦係数が静摩擦係数より小さいことが知られている（非特許文献２参照）。

さらには、プーリ比がハイ側のときには、Ｖベルトにトルクロス（フリクションロストルク）があることが知られている（非特許文献２参照）。このときのトルクロスは、プーリ圧に比例する(非特許文献３参照)。
特開２０００−１８３４７号公報 ０４ＣＶＴ−３９；ＣＶＴ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ ２００４ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ／２００４ ＳＡＥ Ｐａｐｅｒ９８０８２２、ｐ．３１ 自動車技術会 学術講演会前刷集 Ｎｏ．７４−９８ Ｎｏ．９８３８３７２

しかしながら、後者の従来技術では、目標プーリ圧は、入力トルクと変速比に応じて定める旨の記載があるのみであり、Ｖベルトエレメントとプーリ間の摩擦係数を考慮しておらず、目標プーリ圧の設定誤差が大きくなり、過剰な目標プーリ圧により油圧ポンプの負荷が増大し、燃費が低下する場合があった。

そこで本発明では、燃費を向上することができるＶベルト式無段変速機のプーリ推力制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、Ｖベルトを挟持するプライマリプーリ及びセカンダリプーリと、前記プライマリプーリがＶベルトを挟持する推力を制御するプライマリプーリ圧制御弁と、前記セカンダリプーリがＶベルトを挟持する推力を制御するセカンダリプーリ圧制御弁と、運転状態に応じてプーリ目標推力を算出するプーリ目標推力演算手段と、前記プライマリプーリおよび前記セカンダリプーリのプーリ推力が前記プーリ目標推力となるように、前記プライマリプーリ圧制御弁とセカンダリプーリ圧制御弁を制御する油圧制御手段と、を備えたＶベルト式無段変速機において、前記プーリ目標推力演算手段は、前記プライマリプーリの回転速度と前記セカンダリプーリの回転速度の比で示されるプーリ比が１未満の場合には、前記プーリ目標推力がプライマリプーリへの入力と、Ｖベルトを構成するエレメントと前記セカンダリプーリとの間の静摩擦係数に基づき演算され、前記プーリ比が１より大きい場合には、前記プーリ目標推力がプライマリプーリへの入力とＶベルトを構成するエレメントと前記プライマリプーリとの間の動摩擦係数に基づき演算される推力制御装置である。

本発明では、プーリ比に応じてエレメントとプーリとの間の摩擦係数を切り換えて、プーリ目標推力の精度を高めて低減し、燃費を向上することができる。

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。

図１はＶベルト式無段変速機の概略構成図を示し、図２は油圧コントロールユニット及びＣＶＴコントロールユニットの概念図をそれぞれ示す。

図１において、無段変速機５はロックアップクラッチを備えたトルクコンバータ２、前後進切り換え機構４を介してエンジン１に連結され、一対の可変プーリとして入力軸側のプライマリプーリ１０、出力軸１３に連結されたセカンダリプーリ１１を備え、これら一対の可変プーリ１０、１１はＶベルト１２によって連結されている。なお、出力軸１３はアイドラギア１４及びアイドラシャフトを介してディファレンシャル６に連結される。

無段変速機５の変速比やＶベルトの接触摩擦力は、ＣＶＴコントロールユニット２０からの指令に応動する油圧コントロールユニット１００によって制御される。ＣＶＴコントロールユニット２０は、エンジン１を制御するエンジンコントロールユニット２１から入力トルク情報や後述するセンサ等からの出力に基づいて変速比や接触摩擦力を決定し、油圧コントロールユニット１００を制御する。

無段変速機５のプライマリプーリ１０は、エンジン１の動力を伝達する入力軸と一体となって回転する固定円錐板１０ｂと、固定円錐板１０ｂに対向配置されてＶ字状のプーリ溝を形成するとともに、プライマリプーリシリンダ室１０ｃへ作用する油圧（プライマリプーリ圧）によって軸方向へ変位可能な可動円錐板１０ａから構成される。

セカンダリプーリ１１は出力軸１３と一体となって回転する固定円錐板１１ｂと、この固定円錐板１１ｂに対向配置されてＶ字状のプーリ溝を形成するとともに、セカンダリプーリシリンダ室１１ｃへ作用する油圧（セカンダリプーリ圧）に応じて軸方向へ変位可能な可動円錐板１１ａから構成される。

エンジン１から入力された駆動トルクは、トルクコンバータ２、前後進切り換え機構４を介して無段変速機５へ入力され、プライマリプーリ１０からＶベルト１２を介してセカンダリプーリ１１へ伝達される。プライマリプーリ１０の可動円錐板１０ａ及びセカンダリプーリ１１の可動円錐板１１ａを軸方向へ変位させて、Ｖベルト１２とのピッチ半径を変更することにより、プライマリプーリ１０とセカンダリプーリ１１との変速比を連続的に変更することができる。無段変速機５の変速比及びＶベルト１２の接触摩擦力は油圧コントロールユニット１００によって制御される。

図２に示すように、油圧コントロールユニット１００は、ライン圧を制御するレギュレータバルブ６０と、プライマリプーリシリンダ室１０ｃの油圧（以下、プライマリプーリ圧）を制御する減圧弁３０と、セカンダリプーリシリンダ室１１ｃへの供給圧（以下、セカンダリプーリ圧）を制御する減圧弁６１を主体に構成される。

ライン圧制御系は、油圧ポンプ８０からの圧油を調圧するソレノイドを備えたレギュレータバルブ６０で構成され、ＣＶＴコントロールユニット２０からの指令（例えば、デューティ信号など）に応じて運転状態に応じた所定のライン圧ＰＬに調圧する。

ライン圧ＰＬは、プライマリ圧を制御するソレノイド３１を備えた減圧弁３０と、セカンダリ圧を制御するソレノイド６２を備えた減圧弁６１にそれぞれ供給される。

プライマリプーリ１０とセカンダリプーリ１１のプーリ比は、ＣＶＴコントロールユニット２０からの変速指令信号に応じて駆動される減圧弁３０、６１によって制御され、減圧弁３０、６１に供給されたライン圧ＰＬが調整されてプライマリ圧をプライマリプーリ１０へ、セカンダリ圧をセカンダリプーリ１１へ供給され、溝幅が可変制御されて所定のプーリ比に設定される。なお、プーリ比はプライマリプーリ１０の回転速度とセカンダリプーリの回転速度の比で算出され、対して変速比はこのプーリ比にアイドラギア１４のギア比やディファレンシャルギアの最終減速比を考慮した値である。

ここで、ＣＶＴコントロールユニット２０は、図１において、無段変速機５のプライマリプーリ１０の回転速度を検出するプライマリプーリ速度センサ２６、セカンダリプーリ１１の回転速度（または車速）を検出するセカンダリプーリ速度センサ２７からの信号と、インヒビタースイッチ２３からのシフト位置と、運転者が操作するアクセルペダルの操作量に応じた操作量センサ２４からのストローク量（または、アクセルペダルの開度）、油温センサ２５から無段変速機５の油温を読み込んで変速比やＶベルト１２の接触摩擦力を可変制御する。

ＣＶＴコントロールユニット２０では、プライマリプーリ回転速度、セカンダリプーリ回転速度（車速）、及びドライバーの運転意図、例えばアクセルペダルのストローク、ブレーキペダルの操作の有無や走行レンジや変速機のマニュアルモードの変速スイッチの切り換え等に応じて目標変速比や目標変速速度を決定し、実変速比を目標変速比へ向けて制御する変速制御部２０１と、入力トルク、変速比、変速速度、ブレーキペダルの操作状態、アクセルペダルのストローク量やシフトレンジなどに応じて、プライマリプーリ１０とセカンダリプーリ１１のプーリ推力（接触摩擦力）を制御するプーリ圧（油圧）制御部２０２から構成される。

プーリ圧制御部２０２は、入力トルク情報、プライマリプーリ回転速度とセカンダリプーリ回転速度に基づくプーリ比、さらにブレーキの操作状態、アクセルペダルストローク量、シフトレンジからライン圧の目標値を決定し、レギュレータバルブ６０のソレノイドを駆動することでライン圧の制御を行い、また、プライマリ圧、セカンダリ圧の目標値を決定して、目標値に応じて減圧弁３０、６１のソレノイド３１、６２を駆動して、プライマリプーリ圧、セカンダリプーリ圧を独立して制御する。

次に、ＣＶＴコントロールユニット２０のプーリ圧制御部２０２で行われるプライマリプーリ１０、セカンダリプーリ１１のプーリ目標推力の算出処理について説明する。

本発明のプーリ目標推力算出処理は、Ｖベルトエレメントとプーリ間の摩擦係数μと、ＣＶＴのフリクションロストルクΔＴを考慮したことに特徴を有するものである。

エレメントとプーリ間の摩擦係数μは、非特許文献２にあるように、滑り速度が大きいほど摩擦係数は小さくなる傾向にあり、つまり、動摩擦係数μｄが静摩擦係数μｓより小さくなる。
ＳＡＥ Ｐａｐｅｒ９８０８２２、ｐ．３１ ここで、ＣＶＴのプーリ比がハイ側の場合には、プーリ回転中心からエレメントのＶベルト接触部（フランク部）の基準点（例えば中点）までのピッチ半径がセカンダリプーリ１１の方がプライマリプーリ１０より小さくなり、セカンダリプーリ１１ではエレメントとＶベルト間でのスリップは発生しない。したがって、この場合には摩擦係数は、動摩擦係数μｄより大きい静摩擦係数μｓを用いて、セカンダリプーリ１１のプーリ目標推力を設定するようにする。具体的には、下式により算出される。

ここで、Ｆｚｓ：セカンダリプーリ目標推力、Ｆｐ：プライマリプーリ入力（プライマリプーリからＶベルトに伝達される力）、θ：プーリ半頂角、Ｓｆ：安全率、μｓ：ベルトエレメントとプーリ間の静摩擦係数である。なお、プライマリプーリ入力Ｆｐは、プライマリ入力トルク（エンジントルクにエンジンイナーシャ変化分を増減したもの）Ｔｐをプライマリプーリ１０のピッチ半径Ｒｐで除した値である。プーリ半頂角θは、対面する固定円錐板と可動円錐板とが形成する角度の半分の角度である。

したがって、プーリ比が１より小さいときには静摩擦係数μｓを用いることで、セカンダリプーリ１１のプーリ目標推力を動摩擦係数μｄを用いて算出した推力より小さく設定することができる。結果として、必要なプーリ圧が低減し、油圧ポンプ８０の負荷を低減でき、燃費を向上することができる。

一方、ＣＶＴのプーリ比がロー側（１より大きい）の場合には、前述のピッチ半径はプライマリプーリ１０の方が小さくなり、摩擦係数は動摩擦係数μｄを用いてプライマリプーリ１０の目標推力を下式から算出する。

ここで、Ｆｚｐ：プライマリプーリ目標推力、μｄ：ベルトエレメントとプーリ間の動摩擦係数である。

プーリ比がロー側の場合には、エンジンの入力トルクが大きくなり、それに伴いトルク変動も大きくなる。このため、プーリ目標推力の算出にあたっては、動摩擦係数μｄを用いて、プーリ推力の余裕代を大きくしておく。

次に、ＣＶＴのフリクションロストルクΔＴについて説明する。

プーリ比がハイ側にあるときにフリクションロストルクΔＴがあることは、前述の非特許文献２、３から知られている。したがって、プーリ目標推力の算出にあたり、このフリクションロストルク分を予めプライマリプーリ入力トルクから差し引いておくことで、実際のプーリ推力の低減につながり、燃費を向上することができる。
自動車技術会 学術講演会前刷集 Ｎｏ．７４−９８ Ｎｏ．９８３８３７２ 具体的に算出処理を説明すると、プライマリプーリ入力Ｆｐは、下式で算出できる。

ここで、ΔＴ：フリクションロストルクである。

したがって、セカンダリプーリ１１のプーリ目標推力は、以下のように表せる。

プーリ目標推力は、フリクションロストルク分を差し引いたプーリ推力となり、プーリ目標推力を抑制することができる。これにより、必要プーリ圧を抑え、結果としてＶベルトの滑りを生じることなく、燃費を向上することができる。

また、このフリクションロストルクはプーリ推力に比例するため、プーリ比がハイ側のときにセカンダリプーリ１１の推力に比例するとして、そのプーリ目標推力は下式で示すことができる。

ここで、ｋ：比例定数、ｅ０：フリクションロストルクの固定分とする。

したがって、フリクションロストルクΔＴをプーリ推力に応じて比例変化させることにより、ＶベルトのフリクションロストルクΔＴを考慮した最適なプーリ推力Ｆｚｓを設定することができる。

さらに、フリクションロストルクΔＴはプーリ回転速度とプーリ比に応じて変化するため、プーリ目標推力Ｆｚｓの算出にあたり、設定した比例手数ｋおよびフリクションロストルク固定分ｅ０は、プライマリプーリ１０またはセカンダリプーリ１１の回転速度と、プーリ比との関数とする。これにより、プーリ目標推力をさらに精度よく設定することが可能となり、一層の燃費向上を図ることができる。

本発明の一実施形態を示すＶベルト式無段変速機の概略構成図である。 同じくＣＶＴコントロールユニットと油圧コントロールユニットの概略構成図である。

符号の説明

１ エンジン
５ 無段変速機
１０ プライマリプーリ
１１ セカンダリプーリ
１２ Ｖベルト
２０ ＣＶＴコントロールユニット
２１ エンジンコントロールユニット
２８ 油圧センサ
３０ 減圧弁
６０ レギュレータバルブ
６１ 減圧弁
８０ 油圧ポンプ
１００ 油圧コントロールユニット

Claims (5)

1. Ｖベルトを挟持するプライマリプーリ及びセカンダリプーリと、
   前記プライマリプーリがＶベルトを挟持する推力を制御するプライマリプーリ圧制御弁と、
   前記セカンダリプーリがＶベルトを挟持する推力を制御するセカンダリプーリ圧制御弁と、
   運転状態に応じてプーリ目標推力を算出するプーリ目標推力演算手段と、
   前記プライマリプーリおよび前記セカンダリプーリのプーリ推力が前記プーリ目標推力となるように、前記プライマリプーリ圧制御弁とセカンダリプーリ圧制御弁を制御する油圧制御手段と、
   を備えたＶベルト式無段変速機において、
   前記プーリ目標推力演算手段は、前記プライマリプーリの回転速度と前記セカンダリプーリの回転速度の比で示されるプーリ比が１未満の場合には、前記プーリ目標推力がプライマリプーリへの入力と、Ｖベルトを構成するエレメントと前記セカンダリプーリとの間の静摩擦係数に基づき演算され、
   前記プーリ比が１より大きい場合には、前記プーリ目標推力がプライマリプーリへの入力とＶベルトを構成するエレメントと前記プライマリプーリとの間の動摩擦係数に基づき演算されることを特徴とするプーリ推力制御装置。
2. 前記プーリ比が１未満の場合のプーリ目標推力は次式で示され、
   

   

   ここで、Ｆｚｓ：セカンダリプーリ目標推力、Ｆｐ：プライマリプーリからＶベルトに伝達される力、θ：プーリ半頂角、Ｓｆ：安全率、μｓ：エレメントとプーリ間の静摩擦係数である。なお、プライマリプーリ入力Ｆｐは、プライマリ入力トルクＴｐをプライマリプーリのピッチ半径Ｒｐで除した値
   前記プーリ比が１より大きい場合のプーリ目標推力は次式で示されることを特徴とする請求項１に記載のプーリ推力制御装置。
   

   

   ここで、Ｆｚｐ：プライマリプーリ目標推力、Ｆｐ：プライマリプーリ入力、θ：プーリ半頂角、Ｓｆ：安全率、μｄ：エレメントとプーリ間の動摩擦係数
3. 前記プーリ比が１未満の場合の前記プライマリプーリ入力Ｆｐを、前記プライマリ入力トルクから無段変速機のフリクションロストルクを減算し、その値をプライマリプーリのピッチ半径Ｒｐで除した値として、プーリ目標推力は次式で表されることを特徴とする請求項２に記載のプーリ推力制御装置。
   

   
4. 前記プーリ比が１未満の場合のプーリ目標推力は次式で示されることを特徴とする請求項３に記載のプーリ推力制御装置。
   

   

   ここで、ｋ：比例定数、ｅ０：フリクションロストルクの固定分
5. 前記比例定数ｋ、前記フリクションロストルクの固定分ｅ０は、前記プライマリプーリまたは前記セカンダリプーリの回転速度と、プーリ比の関数であることを特徴とする請求項４に記載のプーリ推力制御装置。
   

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