JP2869467B2 - 無段変速機の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、車両用のベルト式無段変速機において電子
的に変速制御およびライン圧制御する制御装置に関し、
詳しくは、プーリ位置の変化速度を制御対象として変速
制御する無段変速機の制御装置に関する。

〔従来の技術〕

一般にこの種の無段変速機では、セカンダリシリンダ
にトルク伝達可能なライン圧を作用し、プライマリシリ
ンダに変速制御弁により所定の油量を供給してプライマ
リ圧が生じ、変速比を可変に制御する構成になってい
る。そこで、かかる変速の電子制御においては、電気信
号で変速制御弁を動作して流量制御し、これによりプラ
イマリシリンダの油量を可変にする。この場合に、プラ
イマリシリンダによる変速が変速制御弁の流量で制御さ
れる点に着目し、制御対象にどのようなパラメータを用
いることが最適であるか、工夫されている。

そこで従来、上記無段変速機の変速制御の電子化に関
しては、例えば特開昭62−221930号公報の先行技術があ
る。ここで、プライマリシリンダ油量を変速比の関数で
定め、油量を時間微分した流量を変速速度，変速比の関
数で定める。また、変速制御弁により制御される流量を
電気的操作量のデューティ比と変速比とで定め、これと
上述のプライマリシリンダ側流量との関係で、操作量を
変速速度と変速比とにより決定する。一方これにより制
御量を変速速度として、目標変速比と実変速比との偏差
等により変速速度を算出することが示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記先行技術のもとにあっては、プライマ
リシリンダの流量を変速速度と変速比との関数で定めて
いるが、実際の展開式では変速比の項が変化すれば流量
におけるその変化率になる。従って、変速の変化が小さ
くて小刻みに変速する場合は変速比の項を無視できて
も、変化量が大きい場合は影響が大きくなり、このため
操作量のデューティ比に変換する場合に、この件に関し
て補正または修正する必要がある。

ここで無段変速機の変速比は、プライマリシリンダの
油量，プライマリ圧，プーリ位置等の種々の要素で定め
ることができ、変速比が一定の場合はプライマリとセカ
ンダリとの圧力比で単純に制御し得る。このため、“変
速”という要素にこだわること無く制御対象を選択し、
操作量を正確かつ容易に設定することが望まれる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その目
的とするところは、変速の電子制御においてプーリ位置
とその変化速度とを用いて変速制御弁による流量制御を
容易かつ確実に行うことが可能な無段変速機の制御装置
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明による無段変速機の
制御装置は、変速制御弁を電気的操作量で少なくとも流
量を制御して変速動作を行う無段変速機の変速制御系に
おいて、少なくとも変速パターンに基づく要素により目
標変速比を定める手段と、上記目標変速比を目標プーリ
位置に変換する手段と、実変速比を実プーリ位置に変換
する手段と、上記目標プーリ位置と実プーリ位置との偏
差、および駆動系の遅れに対応した位相進み要素の目標
プーリ位置変化速度とによりプーリ位置変化速度を算出
する手段と、該算出したプーリ位置変化速度と上記実プ
ーリ位置とにより上記変速制御弁に対する電気的操作量
を決定する手段とを備えたことを特徴とする。

〔作用〕

上記構成に基づき、変速状態をみながら、変速制御弁
により制御される流量と１対１の関係のプーリ位置変化
速度を制御対象として制御されることになる。そして各
運転，走行条件により目標変速比が変速パターンに基づ
いて設定され、これに相当する目標プーリ位置に変化さ
れて、これと実プーリ位置との偏差および位相進み要素
の目標プーリ位置変化速度とによりプーリ位置変化速度
が算出され、これと実プーリ位置とで修正すること無く
操作量が設定される。この操作量は変速制御弁に出力し
て動作し、プライマリシリンダの流量を制御すること
で、実変速比が常に目標変速比に迅速に追従して収束す
るように変速制御するようになる。

〔実 施 例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図において、本発明が適用される無段変速機を含
む伝動系の概略について説明すると、エンジン１がクラ
ッチ2,前後進切換装置３を介して無段変速機４のプライ
マリ軸５に連結する。無段変速機４はプライマリ軸５に
対してセカンダリ軸６が平行配置され、プライマリ軸５
にはプライマリプーリ７が、セカンダリ軸６にはセカン
ダリプーリ８が設けられ、プライマリプーリ7,セカンダ
リプーリ８には可動側にプライマリシリンダ9,セカンダ
リシリンダ10が装備されると共に、駆動ベルト11が巻付
けられている。ここで、プライマリシリンダ９の方が受
圧面積を大きく設定され、そのプライマリ圧により駆動
ベルト11のプライマリプーリ7,セカンダリプーリ８に対
する巻付け径の比率を変えて無段変速するようになって
いる。

またセカンダリ軸６は、１組のリダクションギヤ12を
介して出力軸13に連結し、出力軸13は、ファイナルギヤ
14,ディファレンシャルギヤ15を介して駆動輪16に伝動
構成されている。

次いで、無段変速機４の油圧制御系について説明する
と、エンジン１により駆動されるオイルポンプ20を有
し、オイルポンプ20の吐出側のライン圧油路21が、セカ
ンダリシリンダ10,ライン圧制御弁22,変速制御弁23に連
通し、変速制御弁23から油路24を介してプライマリシリ
ンダ９に連通する。ライン圧油路21は、更にオリフィス
32を介してソレノイド弁27,28および変速制御弁23の一
方に連通し、ライン圧が各ソレノイド弁27,28の元圧に
なっている。各ソレノイド弁27,28は、制御ユニット40
からデューティ信号により例えばオンして排圧し、オフ
してライン圧と等しい油圧を出力するものであり、この
ようなパルス状の制御圧を生成する。そしてソレノイド
弁27からの制御圧は、油路25によりライン圧制御弁22に
作用する。これに対しソレノイド弁28からのパルス状の
制御圧は、油路26により変速制御弁23の他方に作用す
る。なお、図中符号29はプライマリプーリ７に係止して
変速比に応じ機械的にライン圧制御するセンサシュー、
30はオイルパンである。

ライン圧制御弁22は、ソレノイド弁27からの制御圧に
より、変速比i,エンジントルクＴに基づいてライン圧Ｐ
Lの制御を行う。

変速制御弁23は、元圧のライン圧とソレノイド弁28か
らのパルス状の制御圧との関係により、油路21,24を接
続する給油位置と、油路24をドレンする排油位置とに動
作する。

そしてデューティ比により、２位置の動作状態を変え
てプライマリシリンダ９への給油または排油の流量Ｑを
制御し、変速制御するようになっている。

即ち、プライマリシリンダ９の必要油量Ｖは、プーリ
位置ｅとの関係で機械的に構成上決まるもので、 Ｖ＝ｆ（ｅ） となり、流量Ｑは油量Ｖを時間で微分したものであるか
ら、 Ｑ＝dv/dt＝df（ｅ）/dt となり、流量Ｑとプーリ位置変化速度de/dtとは完全に
１対１で対応する。

また、プライマリシリンダ内圧Pp,ライン圧ＰL，流量
係数c,重力加速度g,油比重量γ，弁の給油ポート開口面
積Si,排油ポート開口面積ＳDとすると、給油流量Qi,排
油流量ＱDは、 ＱD＝ｃ・ＳD［（2g・Pp）／γ］^1/2 ＝ａ・ＳD（Pp）^1/2 Qi＝ａ・Si（ＰL−Pp）^1/2 ここで、ａ＝ｃ（2g/γ）^1/2で表わせる。

そこで、操作量のデューティ比（オン／オフ比）をＤ
とすると、１サイクルの平均流量Ｑ（給油を正とする）
は、 Ｑ＝ａ｛Ｄ・Si（PL−Pp）^1/2−（１−Ｄ）×ＳD（Pp）^1/2｝ となり、a,Si,SDを定数とすると、次式になる。

Ｑ＝ｆ（D,PL,Pp） ここでライン圧ＰLは、プーリ位置e,エンジントルク
Ｔにより制御され、そしてプライマリシリンダ内圧Pp
は、プーリ位置ｅとライン圧ＰLとで決まるものであ
る。いま、エンジントルクＴを一定と仮定すると、 Ｑ＝ｆ（D,e） となり、次式が成立する。

de/dt＝ｆ（D,e） このため、式展開すると、 Ｄ＝ｆ（de/dt,e） となり、以上によりデューティ比Ｄは、プーリ位置変化
速度de/dtとプーリ位置ｅとの関係で決まることにな
る。

一方、プーリ位置変化速度de/dtは、定常の目標プー
リ位置esと実際のプーリ位置ｅとの偏差に基づくもので
あるから、次式が成立する。

de/dt＝Ｋ（es−ｅ） （Ｋは定数） このことから、各プーリ位置ｅにおいて上式からプー
リ位置変化速度de/dtを決めてやれば、それに基づいて
デューティ比Ｄが求まり、このデューティ比Ｄで変速制
御弁23を動作すれば、低速段と高速段の変速全域で変速
制御を行うことが可能となる。

ところで、上記変速制御は外乱の要素を全く含まない
基本的なフィードバック制御系であり、これにより実際
に無段変速機をデューティ比Ｄの操作量で制御する場合
は、無段変速機の制御系の要因により一次遅れになって
収束性が悪い。そこで、一次遅れの制御系の位相進み要
素として目標プーリ位置変化速度des/dtを算出し、これ
を予め加味する。このことからプーリ位置変化速度de/d
tは、次式のように定めことができる。

de/dt＝K₁（es−ｉ）＋K₂・des/dt （K₁,K₂は係数） こうして、目標プーリ位置変化速度des/dtを加味する
ことで、位相進み要素が付加されて収束性が改善され
る。ここで、目標プーリ位置変化速度des/dtは車両の或
る走行状態における目標プーリ位置の変化状態であるか
ら、一定時間Δｔ毎に目標プーリ位置変化量Δesを求
め、Δes/Δｔにより算出する。

係数K₁はプーリ位置変化速度に直接関係するもので、
ドライバの加速意志に対応して所定の固定値、またはア
クセル開度変化との関係で可変にすることができる。係
数K₂は例えば無段変速機の遅れ成分に関係するもので、
油圧制御系のオイルの粘性等を考慮して固定値または可
変にすることができる。

そこで第１図の電子制御系では、上述の原理に基づい
て構成されており、以下に説明する。

先ず、変速制御系について説明すると、プライマリプ
ーリ7,セカンダリプーリ8,エンジン１のプライマリプー
リ回転数センサ41,セカンダリプーリ回転数センサ42,エ
ンジン回転数センサ43およびスロットル開度センサ44を
有する。そして制御ユニット40においてプライマリプー
リ回転数センサ41,セカンダリプーリ回転数センサ42か
らの回転信号Np,Nsは実変速比算出部45に入力し、ｉ＝N
p/Nsにより実変速比ｉを求める。この実変速比ｉとスロ
ットル開度センサ44のスロットル開度θの信号は目標プ
ライマリプーリ回転数検索部46に入力し、ｉ−θの関係
で目標プライマリプーリ回転数ＮPDを定める。

ここで、スロットル開度が小の領域Ａでは、変速の滑
らかさを重視してプライマリプーリ回転数Npが一定の特
性になっている。一方、スロットル開度が中，大の領域
Ｂでは、過渡時の追従性を重視して同一スロットル開度
でシフトアップ方向に対しプライマリプーリ回転数Npを
増大するような特性になっており、かかるマップを検索
することで目標プライマリプーリ回転数ＮPDが選択され
る。

目標プライマリプーリ回転数検索部46の目標プライマ
リプーリ回転数ＮPDとセカンダリプーリ回転数センサ42
のセカンダリプーリ回転数Nsの信号は目標変速比算出部
47に入力し、ここで目標変速比isが、is＝ＮPD/Nsによ
り算出される。

こうして、セカンダリプーリ回転数Ns,プライマリプ
ーリ回転数Np,スロットル開度θ，実変速比ｉの各要素
で設定される無段変速機の変速パターンをベースとし
て、これに基づいて目標値の目標プライマリプーリ回転
数ＮPD，目標変速比isが求められる。そしてこれ以降
は、実変速比i,目標変速比isを実プーリ位置e,目標プー
リ位置esに置き換えて処理される。

そこで、実変速比ｉは実プーリ位置変換部49に、目標
変速比isは目標プーリ位置変換部48に入力し、第３図
（ａ）のマップにより低速段では実プーリ位置e,目標プ
ーリ位置esが小さい値であり、高速段ではそれらが大き
い値に変換される。目標プーリ位置esの信号は目標プー
リ位置変化速度算出部50に入力し、一定時間Δｔ毎の目
標プーリ位置esの変化量Δesにより目標プーリ位置変化
速度des/dtを算出する。そして上述の実プーリ位置e,目
標プーリ位置es,目標プーリ位置変化速度des/dtおよび
係数設定部51の係数K₁,K₂はプーリ位置変化速度算出部5
2に入力し、 de/dt＝K₁（es−ｅ）＋K₂・des/dt によりプーリ位置変化速度de/dtが算出される。このプ
ーリ位置変化速度算出部52と実プーリ位置変換部49の信
号は、更にデューティ比検索部53に入力する。

ここで、既に述べたように、Ｄ＝ｆ（de/dt,e）の関
係によりプーリ位置変化速度de/dt,実プーリ位置ｅに基
づくデューティ比Ｄのテーブルが設定されており、この
テーブルからデューティ比Ｄを検索する。このテーブル
では、各プーリ位置ｅ毎の所定のデューティ比Ｄを境に
してプーリ位置変化速度de/dtの値が正のアップシフト
方向ではＤ＝100％側で、プーリ位置変化速度de/dtの正
の値が大きくなるのに応じ100％に近い値になる。一
方、逆にプーリ位置変化速度de/dtの値が負のダウンシ
フト方向ではＤ＝０％側で、プーリ位置変化速度de/dt
の負の値が大きくなるのに応じ０％に近い値に設定され
ている。そして上記デューティ比検索部53からのデュー
ティ比Ｄの信号が、駆動部54を介してソレノイド弁28に
入力するようになっている。

続いて、ライン圧制御系について説明すると、スロッ
トル開度センサ44の信号θ，エンジン回転数センサ43の
信号Neがエンジントルク算出部55に入力して、θ−Neの
トルク特性のテーブルからエンジントルクＴを求める。
一方、実プーリ位置変換部49からの実プーリ位置ｅに基
づき必要ライン圧設定部56において、単位トルク当りの
必要ライン圧ＰLuを第３図（ｂ）のマップにより求め
る。ライン圧ＰLuと上記エンジントルク算出部55のエン
ジントルクＴとが目標ライン圧算出部58に入力して、Ｐ
L＝ＰLu・Ｔにより目標ライン圧ＰLを算出する。

一方、エンジン回転数によりポンプ吐出圧が変化する
とライン圧最大値も変動することから、エンジン回転数
Neと実プーリ位置ｅとが入力する最大ライン圧検索部57
を有する。そして第３図（ｃ）のマップにより、各プー
リ位置ｅでのエンジン回転数Neに対する最大ライン圧Ｐ
Lmを検索する。そしてこれらの目標ライン圧ＰL，最大
ライン圧ＰLmはデューティ比検索部59に入力し、最大ラ
イン圧ＰLmに対する目標ライン圧ＰLの割合を求め、更
に目標ライン圧ＰLに相当するデューティ比Ｄを設定す
る。そしてこのデューティ比Ｄの信号が、駆動部60を介
してソレノイド弁27に入力するようになっている。

次いで、このように構成された無段変速機の制御装置
の作用について説明する。

先ず、エンジン１からのアクセルの踏込みに応じた動
力が、クラッチ2,前後進切換装置３を介して無段変速機
４のプライマリプーリ７に入力し、駆動ベルト11,セカ
ンダリプーリ８により変速した動力が出力し、これが駆
動輪16側に伝達することで走行する。

そして上記走行中において、低速段でエンジントルク
Ｔが大きいほど目標ライン圧が大きく設定され、これに
相当するデューティ信号がソレノイド弁27に入力して制
御圧を生成し、この制御圧でライン圧制御弁22を動作す
ることで、ライン圧油路21のライン圧ＰLを高くする。
そして高速段に移行し、エンジントルクＴも小さくなる
に従い同様に作用することで、ライン圧ＰLは低下する
ように制御されるのであり、こうして常に駆動ベルト11
での伝達トルクに相当するプーリ押付力を作用する。

上記ライン圧ＰLは、常にセカンダリシリンダ10に供
給されており、変速制御弁23によりプライマリシリンダ
９に給排油することで、変速制御されるのであり、これ
を以下に説明する。

先ず、プライマリプーリ回転数センサ41,セカンダリ
プーリ回転数センサ42およびスロットル開度センサ44か
らの信号Np,Ns,θが読込まれ、制御ユニット40の実変速
比算出部45で実変速比ｉを求める。また、目標プライマ
リプーリ回転数検索部46では、実変速比i,スロットル開
度θにより一旦目標プライマリプーリ回転数ＮPDがマッ
プにより検索され、目標変速比算出部47でこの目標プラ
イマリプーリ回転数ＮPDに対応した目標変速比isが算出
される。そしてこれらの実変速比ｉはプーリ位置ｅに、
目標変速比isは目標プーリ位置esにそれぞれ変換され、
目標プーリ位置esに関しては目標プーリ位置変化速度de
s/dtが算出される。またプーリ位置変化速度算出部52
で、目標プーリ位置es,実プーリ位置ｅとの偏差，目標
プーリ位置変化速度des/dt,各係数K₁,K₂を用いてプーリ
位置変化速度de/dtが算出され、更にプーリ位置変化速
度de/dt,実プーリ位置ｅのマップによりデューティ比Ｄ
が検索される。

ここで、流量Ｑとプーリ位置変化速度de/dtとが１対
１で対応することから、プーリ位置変化速度de/dtに関
してもその値のみで修正すること無く操作量のデューテ
ィ比Ｄが設定される。そしてかかるデューティ信号がソ
レノイド弁28に入力してパルス状の制御圧が生じ、この
制御圧と元圧のライン圧とが変速制御弁23に対向して作
用し、給油と排油の２位置で繰返し動作する。

そこで、第４図（ａ）に示す変速パターンで最大変速
比i_Lの低速段では、変速段固定で実変速比ｉと目標変速
比isとが略等しいため、実プーリ位置ｅと目標プーリ位
置esとが等しくなり、プーリ位置変化速度de/dtは略零
で例えばＤ＝50％になる。このため変速制御弁23で給，
排油が略等しく、プライマリシリンダ９の油量を最小の
保持する。次いで、変速開始点Ｐ以降ではis＜i_L（ｉ）
の関係になるが、目標プーリ位置es,実プーリ位置ｅに
関してはes＞ｅになってプーリ位置変化速度de/dtが正
で（es−ｅ）に応じた値になる。そこで、デューティ比
Ｄは50％より大きい値になり、変速制御弁23では低い制
御圧により給油位置での動作時間が長くなり、プライマ
リシリンダ９に給油する。そこで、プライマリシリンダ
９の油量と共にプライマリ圧が漸次増大し、ベルト11が
プライマリプーリ７側で巻付け径が大きくなるように移
行してアップシフトすることになる。そして最小変速比
i_Hの高速段に達すると、再び実変速比ｉと目標変速比is
とが略等しくなり、プライマリシリンダ９の油量が最大
に保持される。

一方、最小変速比i_Hの変速開始点Ｑ以降ではis＞i
_H（ｉ）の関係になるが、目標プーリ位置es,実プーリ位
置ｅに関してはes＜ｅになってプーリ位置変化速度de/d
tが負で（es−ｅ）に応じた値になる。そしてデューテ
ィ比Ｄは、50％より小さい値で変速制御弁23が高い制御
圧により排油位置での時間が長くなり、プライマリシリ
ンダ９を排油する。このため、プライマリシリンダ９の
油量が漸次減じ、ベルト11は再びセカンダリプーリ８側
の巻付け径が大きくなるように移行してダウンシフト
し、最大変速比i_Lに戻る。

ここで、アクセル操作，走行条件より目標変速比isが
大きくアップシフト方向またはダウンシフト方向に設定
されると、（es−ｅ）の偏差も大きくなり、これに応じ
て変速制御弁23で多量に流量制御され、目標変速比isに
対し実変速比ｉが、目標プーリ位置esに対し実プーリ位
置ｅが迅速に追従するように変速制御される。こうして
最大変速比i_Lと最小変速比i_Hの間の全域で無段変速する
ことになる。また、この場合で例えばキックダウン操作
について述べると、先ず目標変速比isが第４図（ｂ）の
実線のように急増して設定され、このため（es−ｅ）が
負の小さい値になって多量に排油され、実変速比ｉは破
線のように追従してダウンシフトする。そして目標変速
比isに実変速比ｉが近づくと、既に目標変速比isはアッ
プシフト側に変化して目標プーリ位置変化速度des/dtが
正の値になり給油を促すことで、実変速比ｉはオーバシ
ュートすること無く目標変速比isに追従して収束するの
である。

以上、本発明の実施例について述べたが、プーリ位置
はストロークセンサにより検出してもよい。また、目標
変速比はスロットル開度θ，セカンダリプーリ回転数Ns
のマップで直接検索してもよい。プーリ位置はセカンダ
リプーリの方を検出してもよい。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように、本発明によれば、 無段変速機の電子制御において、プライマリシリンダ
の油量をプーリ位置の関数で定め、流量をプーリ位置変
化速度と１対１で対応してプーリ位置変化速度を制御対
象として制御する方式であるから、操作量はプーリ位置
変化速度等の値のみで容易かつ正確に設定でき、制御が
容易化し、変速制御の精度も向上する。

さらに、プーリ位置変化速度は目標プーリ位置と実際
のプーリ位置との偏差で算出することで、いかなる変速
時にも良好に追従するように変速制御でき、目標プーリ
位置の変化速度を加味することで収束性が向上する。

また、プーリ位置をベースすることでストロークセン
サの信号と併用して変速状態を容易にチェックでき、最
大，最小の固定プーリ位置では圧力比制御等に切換え
て、制御を容易化し得る。

さらにまた、変速パターンに基づき目標変速比を定
め、これ以降はプーリ位置，目標プーリ位置等でプーリ
位置変化速度を算出して処理するので、目標値を最適に
設定でき、プーリ位置の設定自由度が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の無段変速機の制御装置の実施例を示す
ブロック図、 第２図は無段変速機の駆動系と油圧制御系の概略を示す
図、 第３図（ａ）〜（ｃ）は各マップを示す図、 第４図（ａ）は変速パターンを示す図，（ｂ）は目標変
速比isと実変速比ｉの追従制御状態を示す図である。 ９……プライマリシリンダ、23……変速制御弁、28……
ソレノイド弁、40……制御ユニット、45……実変速比算
出部、47……目標変速比算出部、48……目標プーリ位置
変換部、49……実プーリ位置変換部、50……目標プーリ
位置変化速度算出部、52……プーリ位置変化速度算出
部、53……デューティ比検索部

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】変速制御弁を電気的操作量で少なくとも流
   量を制御して変速動作を行う無段変速機の変速制御系に
   おいて、 少なくとも変速パターンに基づく要素により目標変速比
   を定める手段と、 上記目標変速比を目標プーリ位置に変換する手段と、 実変速比を実プーリ位置に変換する手段と、 上記目標プーリ位置と実プーリ位置との偏差、および駆
   動系の遅れに対応した位相進み要素の目標プーリ位置変
   化速度とによりプーリ位置変化速度を算出する手段と、 該算出したプーリ位置変化速度と上記実プーリ位置とに
   より上記変速制御弁に対する電気的操作量を決定する手
   段とを備えたことを特徴とする無段変速機の制御装置。
2. 【請求項２】上記実プーリ位置は、実変速比を変換して
   算出するか、または、ストロークセンサで検出すること
   を特徴とする請求項１記載の無段変速機の制御装置。