JP3559897B2 - 無段変速機の変速比制御システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、無段変速機の変速比を制御する変速比制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステップモータ等を用いて変速制御弁を駆動することで可変プーリのプーリ溝幅を変更し、設計者が希望する動特性で変速比が目標とする変速比に追従するように変速比制御を行うＶベルト式無段変速機が知られている。
【０００３】
このようなＶベルト式無段変速機の変速比制御システムとしては、図３に示すように、設計者が希望する変速比応答を実現する動特性補償器と、無段変速機の非線形要素や外乱の影響を除去すべく近似ゼロイングを用いたローパスフィルタにより構成された外乱補償器と、目標変速比と実変速比の偏差から動特性補償器の出力を補正する応答補正部とで構成された変速比制御システムが本出願人により提案されている（特願平１１−３５３１３５号）。
【０００４】
変速比制御システムをこのように構成することにより、動特性補償器と外乱補償器とを別々に設計できるため、設計者が希望する変速比応答と、無段変速機の動特性変化や外乱の影響に対する安定性を独立して自由に設計することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとしている問題点】
ところで、上記変速比制御システムでは、無段変速機の動特性を表す時定数（以下、「制御対象時定数」）を実変速比と変速方向等を引数として予め測定し、この測定結果をマップ化したものを用いてコントローラで制御対象時定数を推定検出しているが、このマップの引数である変速方向は実変速比や変速比サーボ系の変数を用いて判定するという構成になっていたため、制御対象時定数の変化が小さい場合は変速方向を誤判定する可能性があった。変速方向を誤判定してしまうと制御対象時定数も誤推定してしまうことになる。
【０００６】
制御対象時定数を誤推定した場合、上記変速比制御システムでは、外乱補償器が近似ゼロイングを用いたローパスフィルタにより構成されているため、外乱補償器が余分な補償を行ってしまい、変速比サーボ性能を低下させてしまう。
【０００７】
例えば、アップシフトからダウンシフトに変速方向が切り替わる状況のように不連続に時定数変化が起こる場合に、推定した制御対象時定数が実際の制御対象時定数とずれていると、外乱が加わっていないにも係らず外乱補償器が余分な補償を行ってしまい、変速比サーボ性能に影響を与えてしまう。
【０００８】
さらに、無段変速機の変速機構部の生産バラツキ等により、予め測定した制御対象動特性が実際の制御対象動特性が異なる場合もあり、この場合も上記同様に変速サーボ性能を低下させてしまう。
【０００９】
本発明は、上記技術的課題を鑑みてなされたものであり、制御対象時定数を誤推定した場合であってもそれが変速比サーボ性能に与える影響を抑え、良好な変速比応答を実現することを目的とする。
【００１０】
【問題点を解決するための手段】
第１の発明は、運転状態に応じて決まる到達変速比と、所定の変速特性を表す時定数と、推定された無段変速機の動特性を表す時定数とに基づき変速比指令値を演算する動特性補償手段と、無段変速機に加わる外乱を補償すべく近似ゼロイングを用いたローパスフィルタにより変速比指令値を補正する外乱補償手段と、補正後の変速比指令値に基づき無段変速機を制御する手段とを備えた無段変速機の変速比制御システムにおいて、ローパスフィルタの時定数を無段変速機の動特性を表す時定数との比の変動が小さくなるように設定したことを特徴とするものである。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、ローパスフィルタの時定数が、変速比制御システムにおいてゲイン余裕が所定値以上あるいは位相余裕が所定値以上の安定性が確保されるように設定されることを特徴とするものである。
【００１２】
第３の発明は、第２の発明において、ローパスフィルタの時定数が、変速比制御システムにおいてゲイン余裕が１２ｄＢ以上の安定性が確保されるように設定されることを特徴とするものである。
【００１３】
第４の発明は、第２の発明において、ローパスフィルタの時定数が、変速比制御システムにおいて位相余裕が４５°以上の安定性が確保されるよう設定されることを特徴とするものである。
【００１４】
第５の発明は、第１の発明において、ローパスフィルタの時定数が、無段変速機の動特性を表す時定数の誤推定の影響が最も大きく出る領域において、理論上安定性が確保される時定数より大きな値に設定されることを特徴とするものである。
【００１５】
第６の発明は、第１の発明において、ローパスフィルタの時定数が、理論上安定性が確保されている時定数より大きな値に設定されることを特徴とするものである。
【００１６】
【作用及び効果】
本発明に係る無段変速機の変速比制御システムにおいては、実変速比が所定の変速特性をもって運転条件に応じて決まる到達変速比に近づくように、推定された制御対象時定数に基づき無段変速機が制御され、無段変速機に加わる外乱の影響は動特性補償手段によって除去される。
【００１７】
シフト方向変化時やオートアップ変速時等においては変速方向が誤判定され、制御対象時定数が誤推定される可能性があるが、第１の発明によると、ローパスフィルタの時定数を制御対象時定数との比の変動が小さくなるように設定したので、外乱補償手段が余分な補償を行うのを抑えることができ、制御対象時定数の推定誤差が変速比サーボ性能に与える影響を小さくすることができる。
【００１８】
さらに、第２から第４の発明によると、外乱補償手段のローパスフィルタの時定数がシステムの安定性（例えば、ゲイン余裕１２ｄＢ以上かつ位相余裕４５°以上の安定性）が確保されるように設定されるので、制御対象時定数の誤推定の影響を抑えつつ、変速比制御システムの安定性を確保することができる。
【００１９】
また、第５の発明によると、ローパスフィルタの時定数が、制御対象時定数の誤推定の影響が最も出る領域において、理論上安定性が確保される時定数より大きな値に設定されるので、制御対象時定数の誤推定の影響が最も出る領域において外乱補償手段が余分な補償を行うのを抑えることができる。
【００２０】
また、第６の発明によると、ローパスフィルタの時定数が、理論上安定性が確保されている時定数より大きく設定される。これにより、外乱補償手段の過敏な応答をなくし、変速比応答のハンチングを防止することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００２２】
図１は本発明に係る無段変速機の変速比制御システムの概略構成を示し、変速比制御システムは、無段変速機４と、その変速比を制御するＣＶＴコントロールユニット１とから構成される。
【００２３】
無段変速機４は、前後進切替機構１０及びトルクコンバータ１１を介して図示しないエンジンに接続される変速機構部１７と、変速機構部１７への油圧供給を制御する油圧コントロールユニット３と、油圧コントロールユニット３内の図示しない変速制御弁を駆動するステップモータ２とを備える。
【００２４】
変速機構部１７は、プーリ溝幅を変更可能な一対の可変プーリ５、６と、それらに掛け回されるＶベルト７とを備えたいわゆるＶベルト式無段変速機構であり、可変プーリ５、６のプーリ溝幅を変更することで変速比を無段階に変更することができる。
【００２５】
油圧コントロールユニット３内の変速制御弁はステップモータ２の角位置に応じて駆動され、可変プーリ５、６の可動円錐板の背面に設けられた油圧シリンダ８、９に供給される油圧が調整される。この結果、可変プーリ５、６のプーリ溝幅が相反的に変更され、変速機構部１７の変速比が変更される。油圧シリンダ８、９に油圧を供給する油圧源の圧力（ライン圧力）はライン圧センサ１８により検出される。
【００２６】
ＣＶＴコントロールユニット１にはスロットル開度センサ１２からのスロットル開度信号ＴＶＯ、インヒビタースイッチ１３からのシフトレバー位置信号、油温センサ１４からの油温信号、ライン圧センサ１８からのライン圧信号ｐＬの他、変速機構部１７の入力回転速度センサ１５からの入力回転速度信号Ｎｐｒｉ、出力回転速度センサ１６からの出力回転速度信号Ｎｓｅｃ等が入力される。ＣＶＴコントロールユニット１は、これら各種入力信号に基づき最終的な目標変速比である到達変速比ｉＰＴを演算し、変速機構部１７の実変速比ｉＰＲが所定の変速特性で到達変速比ｉＰＴに近づくよう変速比指令値ｉＰＣＦを演算する。変速比指令値ｉＰＣＦはＣＶＴコントロールユニット１で角位置指令値θＣに変換された後ステップモータ２に出力される。
【００２７】
ＣＶＴコントロールユニット１の内部構成を図２に示す。
【００２８】
この図に示すように、ＣＶＴコントロールユニット１は、到達変速比演算部Ｂ１と、実変速比演算部Ｂ２と、変速比指令値演算部Ｂ３と、変速比指令値変換部Ｂ４とから構成される。
【００２９】
到達変速比演算部Ｂ１は、上述したスロットル開度信号ＴＶＯ、入力回転速度信号Ｎｐｒｉ、出力回転速度信号Ｎｓｅｃ等に基づき到達変速比ｉＰＴを演算し、それを変速比指令値演算部Ｂ３に出力する。到達変速比ｉＰＴは、運転状態に応じて決定され、例えば、スロットル開度ＴＶＯをパラメータとして出力回転速度Ｎｓｅｃに応じた到達変速比ｉＰＴを設定したマップを参照することによって決定される。
【００３０】
実変速比演算部Ｂ２は、変速機構部１７の入力回転速度Ｎｐｒｉと出力回転速度Ｎｓｅｃから次式（１）、
【００３１】
【数１】
により、変速機構部１７の実変速比ｉＰＲを演算し、それを変速比指令値演算部Ｂ３に出力する。
【００３２】
変速比指令値演算部Ｂ３は、到達変速比ｉＰＴと実変速比ｉＰＲに基づき設計者が希望する変速比応答を実現するための変速比指令値ｉＰＣＦを演算し、それを変速比指令値変換部Ｂ４に出力する。
【００３３】
変速比指令値変換部Ｂ４は、変速比指令値ｉＰＣＦをステップモータ２の角位置と変速機構部１７の変速比との関係を規定するマップを参照して角位置指令値θＣに変換し、それをステップモータ２に出力する。
【００３４】
次に、図３から図８を参照しながら、ＣＶＴコントロールユニット１が行う変速比制御について詳述する。
【００３５】
図３は変速比制御システムのブロック線図である。変速比制御システムは大きく分けて動特性補償器Ｂ３１と、応答補正部Ｂ３２と、外乱補償器Ｂ３３と、変速比指令値変換部Ｂ４と、制御対象である無段変速機４（ステップモータ２、油圧コントロールユニット３及び変速機構部１７）とから構成される。
【００３６】
ここで無段変速機４の動特性は次式（２）に示すような一時遅れとむだ時間で表すことができる。
【００３７】
【数２】
ただし、
Ｌ：むだ時間
ｓ：微分演算子
Ｋｐ：無段変速機４のゲイン
Ｔｐ：無段変速機４の動特性を表す時定数
ｉＰＲ：実変速比
ｓＤ：変速方向
ｐＬ：ライン圧力
ステップモータ２の角位置に対する変速機構部１７の変速比は図４に示すように比例関係にないので、無段変速機４のゲインＫｐは変速機構部１７の実変速比ｉＰＲに応じて算出される。
【００３８】
また、無段変速機４の動特性を表す時定数Ｔｐ（以下、「制御対象時定数」とする。）は、実変速比ｉＰＲ、変速方向ｓＤ（アップシフト方向またはダウンシフト方向）、ライン圧力ｐＬに応じて変化するので、実変速比ｉＰＲ、変速方向ｓＤ、ライン圧力ｐＬから同定実験に基づき作成した図５に示すマップを参照して算出される。なお、変速方向ｓＤは実変速比ｉＰＲや変速比サーボ系の変数を用いて判定され、その具体的な判定方法は、特開平８−３３８５１５号に変速制御弁の変位量に基づき変速制御弁の開口方向を演算する方法として開示されている。
【００３９】
以上のことを踏まえ、図３に示す変速比制御システムの各要素について説明する。
【００４０】
まず、動特性補償器Ｂ３１について説明すると、動特性補償器Ｂ３１はいわゆるフィードフォワード補償器であり、設計者が希望する変速比応答が次式（３）、
【００４１】
【数３】
ＴＴ：設計者が希望する変速比応答を得るための時定数
で与えられるとすると、実変速比ｉＰＲが動特性ＧＴで到達変速比ｉＰＴに近づくよう、次式（４）に基づき変速比指令値ｉＰＡを演算する。つまり、動特性補償器Ｂ３１は１次／１次フィルタで構成され、
【００４２】
【数４】
ＴＰ：制御対象時定数
ＴＴ：設計者が希望する変速比応答を得るための時定数
となる。時定数ＴＴは到達変速比ｉＰＴと後述する目標変速比ｉＰＭとの偏差に基づき予め設定されたマップにより決定される。
【００４３】
したがって、動特性補償器Ｂ３１は到達変速比ｉＰＴを入力として設計者が希望する変速比応答を実現すべく変速比指令値ｉＰＡを出力する。
【００４４】
次に、応答補正部Ｂ３２について説明する。この応答補正部Ｂ３２は目標変速比演算部Ｂ３４と変速比指令値補正量演算部Ｂ３５とから構成される。
【００４５】
目標変速比演算部Ｂ３４は、到達変速比ｉＰＴを入力とし設計者が希望する変速比応答である目標変速比ｉＰＭを次式（５）に基づき演算する。この目標変速比ｉＰＭは実変速比ｉＰＲが到達変速比ｉＰＴに至るまでの過渡的な目標値である。
【００４６】
【数５】
ＴＴ：設計者が希望する変速比応答を表す時定数
なお、次式（６）に示すように無段変速機４のむだ時間相当の遅れを考慮してもよい。
【００４７】
【数６】
変速比指令値補正量演算部Ｂ３５では、例えば比例制御とした場合、加減算器Ｐ１の出力である目標変速比ｉＰＭと実変速比ｉＰＲの偏差ｉＰＥＲＲ（＝ｉＰＭ−ｉＰＲ）を入力として次式（７）に基づき変速比指令値補正量ｉＰＦＢを演算する。
【００４８】
【数７】
ＫＦＢ：制御対象時定数ＴＰにより決定される比例ゲイン
次に、外乱補償器Ｂ３３について説明する。外乱補償器Ｂ３３は式（１）で記述される無段変速機４の動特性を基準モデルとし、この基準モデルが量産バラツキ（パラメータ変動）やステップモータの脱調等の外乱により乱されるのを除去するように設計される。
【００４９】
具体的には、外乱補償器Ｂ３３は近似ゼロイングを用いたフィルタで構成され、実変速比ｉＰＲと後述する変速比指令値ｉＰＣＦより、次式（８）に基づき外乱補償出力ｉＰＤを算出する。
【００５０】
【数８】
ここで、ＴＨは外乱補償器Ｂ３３のローパスフィルタの時定数であり、制御対象時定数ＴＰに応じて決定される。具体的には、まず、理論上、システムの安定性（例えば、ゲイン余裕１２ｄＢ以上あるいは位相余裕４５°以上の安定性）が確保される外乱補償部ローパスフィルタの時定数ＴＨ１が図６に示すように求められる。そして、このＴＨ１より大きく且つＴＰ／ＴＨの変動が小さくなるようなローパスフィルタの時定数ＴＨが求められる（図６、図７）。
【００５１】
ここでローパスフィルタの時定数ＴＨをＴＨ１より大きく設定しているのは、システムの安定性を確保するとともに、外乱補償部Ｂ３３の過敏な応答を抑えて、変速比応答のハンチングを防止するためである。
【００５２】
また、ローパスフィルタの時定数ＴＨをＴＰ／ＴＨの変動が小さくなるように設定しているのは、制御対象時定数ＴＰを誤推定した場合に外乱補償器Ｂ３３が余分な補償を行わないようにするためである。
【００５３】
図３に示す外乱補償器Ｂ３３は図８に示すブロック図を等価変換したものであるが、図８をみるとＴＰ／ＴＨの変動が小さくなるようにローパスフィルタの時定数ＴＨを設定すれば、ブロック図の直達項ＴＰ／ＴＨが制御対象時定数ＴＰの誤推定の影響を受けなくなり、外乱補償器Ｂ３３が余分な補償を行わなくなることがわかる。
【００５４】
なお、ここでは全ての領域においてローパスフィルタの時定数ＴＨをＴＨ１より大きく設定しているが、制御対象時定数の誤推定の影響が最も出る領域（ここでは最大時定数である０．８秒付近）においてのみＴＨ１より大きく設定するようにしてもよい。
【００５５】
図３に戻り、加減算器Ｐ２では、変速比指令値ｉＰＡを変速比指令値補正量ｉＰＦＢで補正し、変速比指令値ｉＰＣを演算する。
【００５６】
【数９】
さらに、加減算器Ｐ３では、変速比指令値ｉＰＣを外乱補償出力ｉＰＤで補正し、最終的な変速比指令値ｉＰＣＦを演算する。
【００５７】
【数１０】
上式（１０）から算出される変速比指令値ｉＰＣＦをステップモータ２に指令することにより、パラメータ変動等の外乱の影響を受けにくく、かつ設計者が希望する変速比応答が得られる。
【００５８】
ただし、変速機構部１７の変速比とステップモータ２の角位置は比例関係にないので、変速比指令値変換部Ｂ４おいて、図４に示したようなマップを参照して変速比指令値ｉＰＣＦをステップモータ角位置指令値θＣに変換し、これをステップモータ２に出力する。
【００５９】
次に、ＣＶＴコントロールユニット１の動作を図９に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００６０】
まず、ステップＳ１１で所定時間経過した後に、ステップＳ１２で変速機構部１７の入力回転速度Ｎｐｒｉと出力回転速度Ｎｓｅｃ、スロットル開度ＴＶＯ、ライン圧力ｐＬ、シフトレバー位置等が読み込まれる。
【００６１】
次に、ステップＳ１３では読み込まれた各種信号に基づき最終的な目標変速比である到達変速比ｉＰＴが演算され、ステップＳ１４では油圧コントロールユニット３の変速制御弁の変速方向ｓＤが演算される。ステップ１５では、実変速比ｉＰＲ、変速方向ｓＤ、ライン圧力ｐＬに基づき図５に示したマップを参照して制御対象時定数ＴＰが演算される。
【００６２】
そして、ステップＳ１６では、到達変速比ｉＰＴ、制御対象時定数ＴＰ、設計者が希望する変速比応答を表す時定数ＴＴに基づき変速比指令値ｉＰＡが演算され、ステップＳ１７では、到達変速比ｉＰＴ、時定数ＴＴ及びむだ時間Ｌに基づき設計者が希望する変速比応答である目標変速比ｉＰＭが演算される。
【００６３】
目標変速比ｉＰＭが演算されたら、ステップＳ１８に進んで目標変速比ｉＰＭと実変速比ｉＰＲとの偏差ｉＰＥＲＲが演算され、ステップＳ１９でこの偏差ｉＰＥＲＲにフィードバックゲインＫＦＢを乗じて変速比指令値補正量ｉＰＦＢが演算される。
【００６４】
ステップＳ２０では実変速比ｉＰＲと変速比指令値ｉＰＣＦに基づき外乱補償出力ｉＰＤが演算され、ステップＳ２１では変速比指令値ｉＰＡを変速比指令値補正量ｉＰＦＢで補正し変速比指令値ｉＰＣが演算される。
【００６５】
ステップＳ２２では変速比指令値ｉＰＣを外乱補償出力ｉＰＤでさらに補正して最終的な変速比指令値ｉＰＣＦが演算され、ステップＳ２３では所定のマップを参照して変速比指令値ｉＰＣＦがステップモータ角位置指令値θＣに変換される。そして、ステップＳ２４では、このステップモータ角位置指令値θＣがステップモータ２に出力される。
【００６６】
したがって、このフローチャートを処理することにより、変速機構部１７の実変速比ｉＰＲが所定の変速特性で到達変速比ｉＰＴに近づくようステップモータ２の角位置が制御されるが、ステップモータ２の駆動速度制限などにより目標変速比ｉＰＭと実変速比ｉＰＲとに偏差が生じる場合は変速比指令値ｉＰＡが変速比指令値補正量ｉＰＦＢに基づき補正されることになる。
【００６７】
次に、本発明を適用していない変速比制御システムと本発明を適用した場合の変速比制御システムについて変速比応答性に関する比較を行う。
【００６８】
図１０、図１１は、それぞれ本発明を適用していない変速比制御システム、本発明を適用した変速比制御システムを用いて到達変速比をダウンシフト方向に２回ステップ状に変化させた場合の実変速比と目標変速比の変化の様子を示したものである。例えば、マニュアルモード付きの無段変速機搭載車両でダウンシフトスイッチを続けて２回操作した状況がこれに対応する。
【００６９】
このような状況にあっては、実変速比が目標変速比を一旦オーバーシュートしてしまうので、実変速比を目標変速比に近づけるために変速方向がダウンシフトからアップシフトに切り替わるが、このとき制御対象時定数が不連続に変化するため、推定された制御対象時定数ＴＰと実際の制御対象時定数が過渡的に異なってしまう。
【００７０】
そのため、本発明を適用していないシステムでは、制御対象時定数ＴＰの誤推定の影響を受けて外乱補償器が余分な補償を行ってしまい、図１０に示すようにオーバーシュート後のアンダーシュート量が大きくなってしまう。
【００７１】
これに対し、本発明を適用したシステムでは、外乱補償器のローパスフィルタの時定数ＴＨがＴＰ／ＴＨの変動を抑えるように設定されているので、同じ制御対象時定数ＴＰを誤推定するような状態においても、それを受けて外乱補償器が余分な補償を行うのを抑えることができ、図１１に示すように実変速比をアンダーシュートさせることなく実変速比を目標変速比に近づけることができる。
【００７２】
なお、ここでは到達変速比がダウンシフト方向にステップ状に変化した場合を示したが、制御対象時定数ＴＰを誤推定する状況ならば同様の作用効果が得られ、変速比サーボ性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る変速比制御システムの概略構成図である。
【図２】ＣＶＴコントロールユニットの内部構成を示すブロック線図である。
【図３】変速比制御システムのブロック線図である。
【図４】ステップモータの角位置と無段変速機の変速比の関係を規定するマップである。
【図５】実変速比、変速方向及びライン圧と制御対象時定数との関係を規定するマップである。
【図６】制御対象時定数とローパスフィルタの時定数との関係を規定するマップである。
【図７】制御対象時定数と制御対象時定数／ローパスフィルタの時定数との関係を規定するマップである。
【図８】ＣＶＴコントロールユニットの動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】外乱補償器のブロック図である。
【図１０】本発明を適用していない変速比制御システムを用いて到達変速比をステップ状に変化させた場合の実変速比と目標変速比の変化の様子を示したタイムチャートである。
【図１１】本発明を適用した変速比制御システムを用いて到達変速比をステップ状に変化させた場合の実変速比と目標変速比の変化の様子を示したタイムチャートである。
【符号の説明】
１ ＣＶＴコントロールユニット
２ ステップモータ
３ 油圧コントロールユニット
４ 無段変速機
１２ スロットル開度センサ
１３ インヒビタースイッチ
１４ 油温センサ
１５ 入力回転速度センサ
１６ 出力回転速度センサ
１７ 変速機構部
１８ ライン圧センサ
【産業上の利用分野】
本発明は、無段変速機の変速比を制御する変速比制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ステップモータ等を用いて変速制御弁を駆動することで可変プーリのプーリ溝幅を変更し、設計者が希望する動特性で変速比が目標とする変速比に追従するように変速比制御を行うＶベルト式無段変速機が知られている。
【０００３】
このようなＶベルト式無段変速機の変速比制御システムとしては、図３に示すように、設計者が希望する変速比応答を実現する動特性補償器と、無段変速機の非線形要素や外乱の影響を除去すべく近似ゼロイングを用いたローパスフィルタにより構成された外乱補償器と、目標変速比と実変速比の偏差から動特性補償器の出力を補正する応答補正部とで構成された変速比制御システムが本出願人により提案されている（特願平１１−３５３１３５号）。
【０００４】
変速比制御システムをこのように構成することにより、動特性補償器と外乱補償器とを別々に設計できるため、設計者が希望する変速比応答と、無段変速機の動特性変化や外乱の影響に対する安定性を独立して自由に設計することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとしている問題点】
ところで、上記変速比制御システムでは、無段変速機の動特性を表す時定数（以下、「制御対象時定数」）を実変速比と変速方向等を引数として予め測定し、この測定結果をマップ化したものを用いてコントローラで制御対象時定数を推定検出しているが、このマップの引数である変速方向は実変速比や変速比サーボ系の変数を用いて判定するという構成になっていたため、制御対象時定数の変化が小さい場合は変速方向を誤判定する可能性があった。変速方向を誤判定してしまうと制御対象時定数も誤推定してしまうことになる。
【０００６】
制御対象時定数を誤推定した場合、上記変速比制御システムでは、外乱補償器が近似ゼロイングを用いたローパスフィルタにより構成されているため、外乱補償器が余分な補償を行ってしまい、変速比サーボ性能を低下させてしまう。
【０００７】
例えば、アップシフトからダウンシフトに変速方向が切り替わる状況のように不連続に時定数変化が起こる場合に、推定した制御対象時定数が実際の制御対象時定数とずれていると、外乱が加わっていないにも係らず外乱補償器が余分な補償を行ってしまい、変速比サーボ性能に影響を与えてしまう。
【０００８】
さらに、無段変速機の変速機構部の生産バラツキ等により、予め測定した制御対象動特性が実際の制御対象動特性が異なる場合もあり、この場合も上記同様に変速サーボ性能を低下させてしまう。
【０００９】
本発明は、上記技術的課題を鑑みてなされたものであり、制御対象時定数を誤推定した場合であってもそれが変速比サーボ性能に与える影響を抑え、良好な変速比応答を実現することを目的とする。
【００１０】
【問題点を解決するための手段】
第１の発明は、運転状態に応じて決まる到達変速比と、所定の変速特性を表す時定数と、推定された無段変速機の動特性を表す時定数とに基づき変速比指令値を演算する動特性補償手段と、無段変速機に加わる外乱を補償すべく近似ゼロイングを用いたローパスフィルタにより変速比指令値を補正する外乱補償手段と、補正後の変速比指令値に基づき無段変速機を制御する手段とを備えた無段変速機の変速比制御システムにおいて、ローパスフィルタの時定数を無段変速機の動特性を表す時定数との比の変動が小さくなるように設定したことを特徴とするものである。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、ローパスフィルタの時定数が、変速比制御システムにおいてゲイン余裕が所定値以上あるいは位相余裕が所定値以上の安定性が確保されるように設定されることを特徴とするものである。
【００１２】
第３の発明は、第２の発明において、ローパスフィルタの時定数が、変速比制御システムにおいてゲイン余裕が１２ｄＢ以上の安定性が確保されるように設定されることを特徴とするものである。
【００１３】
第４の発明は、第２の発明において、ローパスフィルタの時定数が、変速比制御システムにおいて位相余裕が４５°以上の安定性が確保されるよう設定されることを特徴とするものである。
【００１４】
第５の発明は、第１の発明において、ローパスフィルタの時定数が、無段変速機の動特性を表す時定数の誤推定の影響が最も大きく出る領域において、理論上安定性が確保される時定数より大きな値に設定されることを特徴とするものである。
【００１５】
第６の発明は、第１の発明において、ローパスフィルタの時定数が、理論上安定性が確保されている時定数より大きな値に設定されることを特徴とするものである。
【００１６】
【作用及び効果】
本発明に係る無段変速機の変速比制御システムにおいては、実変速比が所定の変速特性をもって運転条件に応じて決まる到達変速比に近づくように、推定された制御対象時定数に基づき無段変速機が制御され、無段変速機に加わる外乱の影響は動特性補償手段によって除去される。
【００１７】
シフト方向変化時やオートアップ変速時等においては変速方向が誤判定され、制御対象時定数が誤推定される可能性があるが、第１の発明によると、ローパスフィルタの時定数を制御対象時定数との比の変動が小さくなるように設定したので、外乱補償手段が余分な補償を行うのを抑えることができ、制御対象時定数の推定誤差が変速比サーボ性能に与える影響を小さくすることができる。
【００１８】
さらに、第２から第４の発明によると、外乱補償手段のローパスフィルタの時定数がシステムの安定性（例えば、ゲイン余裕１２ｄＢ以上かつ位相余裕４５°以上の安定性）が確保されるように設定されるので、制御対象時定数の誤推定の影響を抑えつつ、変速比制御システムの安定性を確保することができる。
【００１９】
また、第５の発明によると、ローパスフィルタの時定数が、制御対象時定数の誤推定の影響が最も出る領域において、理論上安定性が確保される時定数より大きな値に設定されるので、制御対象時定数の誤推定の影響が最も出る領域において外乱補償手段が余分な補償を行うのを抑えることができる。
【００２０】
また、第６の発明によると、ローパスフィルタの時定数が、理論上安定性が確保されている時定数より大きく設定される。これにより、外乱補償手段の過敏な応答をなくし、変速比応答のハンチングを防止することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００２２】
図１は本発明に係る無段変速機の変速比制御システムの概略構成を示し、変速比制御システムは、無段変速機４と、その変速比を制御するＣＶＴコントロールユニット１とから構成される。
【００２３】
無段変速機４は、前後進切替機構１０及びトルクコンバータ１１を介して図示しないエンジンに接続される変速機構部１７と、変速機構部１７への油圧供給を制御する油圧コントロールユニット３と、油圧コントロールユニット３内の図示しない変速制御弁を駆動するステップモータ２とを備える。
【００２４】
変速機構部１７は、プーリ溝幅を変更可能な一対の可変プーリ５、６と、それらに掛け回されるＶベルト７とを備えたいわゆるＶベルト式無段変速機構であり、可変プーリ５、６のプーリ溝幅を変更することで変速比を無段階に変更することができる。
【００２５】
油圧コントロールユニット３内の変速制御弁はステップモータ２の角位置に応じて駆動され、可変プーリ５、６の可動円錐板の背面に設けられた油圧シリンダ８、９に供給される油圧が調整される。この結果、可変プーリ５、６のプーリ溝幅が相反的に変更され、変速機構部１７の変速比が変更される。油圧シリンダ８、９に油圧を供給する油圧源の圧力（ライン圧力）はライン圧センサ１８により検出される。
【００２６】
ＣＶＴコントロールユニット１にはスロットル開度センサ１２からのスロットル開度信号ＴＶＯ、インヒビタースイッチ１３からのシフトレバー位置信号、油温センサ１４からの油温信号、ライン圧センサ１８からのライン圧信号ｐＬの他、変速機構部１７の入力回転速度センサ１５からの入力回転速度信号Ｎｐｒｉ、出力回転速度センサ１６からの出力回転速度信号Ｎｓｅｃ等が入力される。ＣＶＴコントロールユニット１は、これら各種入力信号に基づき最終的な目標変速比である到達変速比ｉＰＴを演算し、変速機構部１７の実変速比ｉＰＲが所定の変速特性で到達変速比ｉＰＴに近づくよう変速比指令値ｉＰＣＦを演算する。変速比指令値ｉＰＣＦはＣＶＴコントロールユニット１で角位置指令値θＣに変換された後ステップモータ２に出力される。
【００２７】
ＣＶＴコントロールユニット１の内部構成を図２に示す。
【００２８】
この図に示すように、ＣＶＴコントロールユニット１は、到達変速比演算部Ｂ１と、実変速比演算部Ｂ２と、変速比指令値演算部Ｂ３と、変速比指令値変換部Ｂ４とから構成される。
【００２９】
到達変速比演算部Ｂ１は、上述したスロットル開度信号ＴＶＯ、入力回転速度信号Ｎｐｒｉ、出力回転速度信号Ｎｓｅｃ等に基づき到達変速比ｉＰＴを演算し、それを変速比指令値演算部Ｂ３に出力する。到達変速比ｉＰＴは、運転状態に応じて決定され、例えば、スロットル開度ＴＶＯをパラメータとして出力回転速度Ｎｓｅｃに応じた到達変速比ｉＰＴを設定したマップを参照することによって決定される。
【００３０】
実変速比演算部Ｂ２は、変速機構部１７の入力回転速度Ｎｐｒｉと出力回転速度Ｎｓｅｃから次式（１）、
【００３１】
【数１】
【００３２】
変速比指令値演算部Ｂ３は、到達変速比ｉＰＴと実変速比ｉＰＲに基づき設計者が希望する変速比応答を実現するための変速比指令値ｉＰＣＦを演算し、それを変速比指令値変換部Ｂ４に出力する。
【００３３】
変速比指令値変換部Ｂ４は、変速比指令値ｉＰＣＦをステップモータ２の角位置と変速機構部１７の変速比との関係を規定するマップを参照して角位置指令値θＣに変換し、それをステップモータ２に出力する。
【００３４】
次に、図３から図８を参照しながら、ＣＶＴコントロールユニット１が行う変速比制御について詳述する。
【００３５】
図３は変速比制御システムのブロック線図である。変速比制御システムは大きく分けて動特性補償器Ｂ３１と、応答補正部Ｂ３２と、外乱補償器Ｂ３３と、変速比指令値変換部Ｂ４と、制御対象である無段変速機４（ステップモータ２、油圧コントロールユニット３及び変速機構部１７）とから構成される。
【００３６】
ここで無段変速機４の動特性は次式（２）に示すような一時遅れとむだ時間で表すことができる。
【００３７】
【数２】
Ｌ：むだ時間
ｓ：微分演算子
Ｋｐ：無段変速機４のゲイン
Ｔｐ：無段変速機４の動特性を表す時定数
ｉＰＲ：実変速比
ｓＤ：変速方向
ｐＬ：ライン圧力
ステップモータ２の角位置に対する変速機構部１７の変速比は図４に示すように比例関係にないので、無段変速機４のゲインＫｐは変速機構部１７の実変速比ｉＰＲに応じて算出される。
【００３８】
また、無段変速機４の動特性を表す時定数Ｔｐ（以下、「制御対象時定数」とする。）は、実変速比ｉＰＲ、変速方向ｓＤ（アップシフト方向またはダウンシフト方向）、ライン圧力ｐＬに応じて変化するので、実変速比ｉＰＲ、変速方向ｓＤ、ライン圧力ｐＬから同定実験に基づき作成した図５に示すマップを参照して算出される。なお、変速方向ｓＤは実変速比ｉＰＲや変速比サーボ系の変数を用いて判定され、その具体的な判定方法は、特開平８−３３８５１５号に変速制御弁の変位量に基づき変速制御弁の開口方向を演算する方法として開示されている。
【００３９】
以上のことを踏まえ、図３に示す変速比制御システムの各要素について説明する。
【００４０】
まず、動特性補償器Ｂ３１について説明すると、動特性補償器Ｂ３１はいわゆるフィードフォワード補償器であり、設計者が希望する変速比応答が次式（３）、
【００４１】
【数３】
で与えられるとすると、実変速比ｉＰＲが動特性ＧＴで到達変速比ｉＰＴに近づくよう、次式（４）に基づき変速比指令値ｉＰＡを演算する。つまり、動特性補償器Ｂ３１は１次／１次フィルタで構成され、
【００４２】
【数４】
ＴＴ：設計者が希望する変速比応答を得るための時定数
となる。時定数ＴＴは到達変速比ｉＰＴと後述する目標変速比ｉＰＭとの偏差に基づき予め設定されたマップにより決定される。
【００４３】
したがって、動特性補償器Ｂ３１は到達変速比ｉＰＴを入力として設計者が希望する変速比応答を実現すべく変速比指令値ｉＰＡを出力する。
【００４４】
次に、応答補正部Ｂ３２について説明する。この応答補正部Ｂ３２は目標変速比演算部Ｂ３４と変速比指令値補正量演算部Ｂ３５とから構成される。
【００４５】
目標変速比演算部Ｂ３４は、到達変速比ｉＰＴを入力とし設計者が希望する変速比応答である目標変速比ｉＰＭを次式（５）に基づき演算する。この目標変速比ｉＰＭは実変速比ｉＰＲが到達変速比ｉＰＴに至るまでの過渡的な目標値である。
【００４６】
【数５】
なお、次式（６）に示すように無段変速機４のむだ時間相当の遅れを考慮してもよい。
【００４７】
【数６】
【００４８】
【数７】
次に、外乱補償器Ｂ３３について説明する。外乱補償器Ｂ３３は式（１）で記述される無段変速機４の動特性を基準モデルとし、この基準モデルが量産バラツキ（パラメータ変動）やステップモータの脱調等の外乱により乱されるのを除去するように設計される。
【００４９】
具体的には、外乱補償器Ｂ３３は近似ゼロイングを用いたフィルタで構成され、実変速比ｉＰＲと後述する変速比指令値ｉＰＣＦより、次式（８）に基づき外乱補償出力ｉＰＤを算出する。
【００５０】
【数８】
【００５１】
ここでローパスフィルタの時定数ＴＨをＴＨ１より大きく設定しているのは、システムの安定性を確保するとともに、外乱補償部Ｂ３３の過敏な応答を抑えて、変速比応答のハンチングを防止するためである。
【００５２】
また、ローパスフィルタの時定数ＴＨをＴＰ／ＴＨの変動が小さくなるように設定しているのは、制御対象時定数ＴＰを誤推定した場合に外乱補償器Ｂ３３が余分な補償を行わないようにするためである。
【００５３】
図３に示す外乱補償器Ｂ３３は図８に示すブロック図を等価変換したものであるが、図８をみるとＴＰ／ＴＨの変動が小さくなるようにローパスフィルタの時定数ＴＨを設定すれば、ブロック図の直達項ＴＰ／ＴＨが制御対象時定数ＴＰの誤推定の影響を受けなくなり、外乱補償器Ｂ３３が余分な補償を行わなくなることがわかる。
【００５４】
なお、ここでは全ての領域においてローパスフィルタの時定数ＴＨをＴＨ１より大きく設定しているが、制御対象時定数の誤推定の影響が最も出る領域（ここでは最大時定数である０．８秒付近）においてのみＴＨ１より大きく設定するようにしてもよい。
【００５５】
図３に戻り、加減算器Ｐ２では、変速比指令値ｉＰＡを変速比指令値補正量ｉＰＦＢで補正し、変速比指令値ｉＰＣを演算する。
【００５６】
【数９】
【００５７】
【数１０】
【００５８】
ただし、変速機構部１７の変速比とステップモータ２の角位置は比例関係にないので、変速比指令値変換部Ｂ４おいて、図４に示したようなマップを参照して変速比指令値ｉＰＣＦをステップモータ角位置指令値θＣに変換し、これをステップモータ２に出力する。
【００５９】
次に、ＣＶＴコントロールユニット１の動作を図９に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００６０】
まず、ステップＳ１１で所定時間経過した後に、ステップＳ１２で変速機構部１７の入力回転速度Ｎｐｒｉと出力回転速度Ｎｓｅｃ、スロットル開度ＴＶＯ、ライン圧力ｐＬ、シフトレバー位置等が読み込まれる。
【００６１】
次に、ステップＳ１３では読み込まれた各種信号に基づき最終的な目標変速比である到達変速比ｉＰＴが演算され、ステップＳ１４では油圧コントロールユニット３の変速制御弁の変速方向ｓＤが演算される。ステップ１５では、実変速比ｉＰＲ、変速方向ｓＤ、ライン圧力ｐＬに基づき図５に示したマップを参照して制御対象時定数ＴＰが演算される。
【００６２】
そして、ステップＳ１６では、到達変速比ｉＰＴ、制御対象時定数ＴＰ、設計者が希望する変速比応答を表す時定数ＴＴに基づき変速比指令値ｉＰＡが演算され、ステップＳ１７では、到達変速比ｉＰＴ、時定数ＴＴ及びむだ時間Ｌに基づき設計者が希望する変速比応答である目標変速比ｉＰＭが演算される。
【００６３】
目標変速比ｉＰＭが演算されたら、ステップＳ１８に進んで目標変速比ｉＰＭと実変速比ｉＰＲとの偏差ｉＰＥＲＲが演算され、ステップＳ１９でこの偏差ｉＰＥＲＲにフィードバックゲインＫＦＢを乗じて変速比指令値補正量ｉＰＦＢが演算される。
【００６４】
ステップＳ２０では実変速比ｉＰＲと変速比指令値ｉＰＣＦに基づき外乱補償出力ｉＰＤが演算され、ステップＳ２１では変速比指令値ｉＰＡを変速比指令値補正量ｉＰＦＢで補正し変速比指令値ｉＰＣが演算される。
【００６５】
ステップＳ２２では変速比指令値ｉＰＣを外乱補償出力ｉＰＤでさらに補正して最終的な変速比指令値ｉＰＣＦが演算され、ステップＳ２３では所定のマップを参照して変速比指令値ｉＰＣＦがステップモータ角位置指令値θＣに変換される。そして、ステップＳ２４では、このステップモータ角位置指令値θＣがステップモータ２に出力される。
【００６６】
したがって、このフローチャートを処理することにより、変速機構部１７の実変速比ｉＰＲが所定の変速特性で到達変速比ｉＰＴに近づくようステップモータ２の角位置が制御されるが、ステップモータ２の駆動速度制限などにより目標変速比ｉＰＭと実変速比ｉＰＲとに偏差が生じる場合は変速比指令値ｉＰＡが変速比指令値補正量ｉＰＦＢに基づき補正されることになる。
【００６７】
次に、本発明を適用していない変速比制御システムと本発明を適用した場合の変速比制御システムについて変速比応答性に関する比較を行う。
【００６８】
図１０、図１１は、それぞれ本発明を適用していない変速比制御システム、本発明を適用した変速比制御システムを用いて到達変速比をダウンシフト方向に２回ステップ状に変化させた場合の実変速比と目標変速比の変化の様子を示したものである。例えば、マニュアルモード付きの無段変速機搭載車両でダウンシフトスイッチを続けて２回操作した状況がこれに対応する。
【００６９】
このような状況にあっては、実変速比が目標変速比を一旦オーバーシュートしてしまうので、実変速比を目標変速比に近づけるために変速方向がダウンシフトからアップシフトに切り替わるが、このとき制御対象時定数が不連続に変化するため、推定された制御対象時定数ＴＰと実際の制御対象時定数が過渡的に異なってしまう。
【００７０】
そのため、本発明を適用していないシステムでは、制御対象時定数ＴＰの誤推定の影響を受けて外乱補償器が余分な補償を行ってしまい、図１０に示すようにオーバーシュート後のアンダーシュート量が大きくなってしまう。
【００７１】
これに対し、本発明を適用したシステムでは、外乱補償器のローパスフィルタの時定数ＴＨがＴＰ／ＴＨの変動を抑えるように設定されているので、同じ制御対象時定数ＴＰを誤推定するような状態においても、それを受けて外乱補償器が余分な補償を行うのを抑えることができ、図１１に示すように実変速比をアンダーシュートさせることなく実変速比を目標変速比に近づけることができる。
【００７２】
なお、ここでは到達変速比がダウンシフト方向にステップ状に変化した場合を示したが、制御対象時定数ＴＰを誤推定する状況ならば同様の作用効果が得られ、変速比サーボ性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る変速比制御システムの概略構成図である。
【図２】ＣＶＴコントロールユニットの内部構成を示すブロック線図である。
【図３】変速比制御システムのブロック線図である。
【図４】ステップモータの角位置と無段変速機の変速比の関係を規定するマップである。
【図５】実変速比、変速方向及びライン圧と制御対象時定数との関係を規定するマップである。
【図６】制御対象時定数とローパスフィルタの時定数との関係を規定するマップである。
【図７】制御対象時定数と制御対象時定数／ローパスフィルタの時定数との関係を規定するマップである。
【図８】ＣＶＴコントロールユニットの動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】外乱補償器のブロック図である。
【図１０】本発明を適用していない変速比制御システムを用いて到達変速比をステップ状に変化させた場合の実変速比と目標変速比の変化の様子を示したタイムチャートである。
【図１１】本発明を適用した変速比制御システムを用いて到達変速比をステップ状に変化させた場合の実変速比と目標変速比の変化の様子を示したタイムチャートである。
【符号の説明】
１ ＣＶＴコントロールユニット
２ ステップモータ
３ 油圧コントロールユニット
４ 無段変速機
１２ スロットル開度センサ
１３ インヒビタースイッチ
１４ 油温センサ
１５ 入力回転速度センサ
１６ 出力回転速度センサ
１７ 変速機構部
１８ ライン圧センサ
Claims (6)
- 運転状態に応じて決まる到達変速比と、所定の変速特性を表す時定数と、推定された無段変速機の動特性を表す時定数とに基づき変速比指令値を演算する動特性補償手段と、
無段変速機に加わる外乱を補償すべく近似ゼロイングを用いたローパスフィルタにより前記変速比指令値を補正する外乱補償手段と、
補正後の変速比指令値に基づき無段変速機を制御する手段と、
を備えた無段変速機の変速比制御システムにおいて、
前記ローパスフィルタの時定数を前記無段変速機の動特性を表す時定数との比の変動が小さくなるように設定したことを特徴とする変速比制御システム。 - 前記ローパスフィルタの時定数は、前記変速比制御システムにおいてゲイン余裕が所定値以上あるいは位相余裕が所定値以上の安定性が確保されるように設定されることを特徴とする請求項１に記載の変速比制御システム。
- 前記ローパスフィルタの時定数は、前記変速比制御システムにおいてゲイン余裕が１２ｄＢ以上の安定性が確保されるように設定されることを特徴とする請求項２に記載の変速比制御システム。
- 前記ローパスフィルタの時定数は、前記変速比制御システムにおいて位相余裕が４５°以上の安定性が確保されるよう設定されることを特徴とする請求項２に記載の変速比制御システム。
- 前記ローパスフィルタの時定数は、前記無段変速機の動特性を表す時定数の誤推定の影響が最も大きく出る領域において、理論上安定性が確保される時定数より大きな値に設定されることを特徴とする請求項１に記載の変速比制御システム。
- 前記ローパスフィルタの時定数は、理論上安定性が確保されている時定数より大きな値に設定されることを特徴とする請求項１に記載の変速比制御システム。
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