JP4146840B2 - 自動変速制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、主としてソレノイドバルブの駆動により、油圧を制御することで変速を行う車両用自動変速機において、ソレノイドバルブのフィードバック制御を行う自動変速制御装置に関する。

従来より、車両の有段式自動変速機やベルト式無段変速機においては、エンジンのトルクを動力伝達機構によって車輪に伝達しており、その動力伝達機構を作動させるために油圧を利用している。この油圧の基になる油圧をライン圧と称し、このライン圧はソレノイドバルブを駆動することによって所定の制御圧力として、駆動力伝達機構の部位に加えることにより、所望の変速位置に制御している。

また所望の変速位置を決めるためにスロットル開度、回転数等の入力情報から目標圧を算出し、実際の油圧をセンサで検出し、目標圧と実圧との偏差をなくすようにソレノイドバルブの電流をフィードバック制御する制御回路を有していた。この制御回路によるフィードバック制御のゲインは制御性能に大きく影響し、ゲインが高いと目標に迅速に達する反面、目標圧付近でハンチングを発生させる。一方ゲインが低いとハンチングは抑制できるが、目標に達するための時間がかかり、ひいては変速が遅れるという問題があり、このゲインの設定には理論のみならず各種の実験から設定していた。

特開２００２−２１９９４号公報 特開２００３−３３６７３２号公報

特許文献１には、無段変速機における油圧に対しソレノイドバルブ電流によるフィードバック制御を行うもので、目標油圧と実圧との偏差が大きく変動した場合はそのフィードバックゲインを略零とするものである。また特許文献２にはフィードバックゲインを変速機のセンサによって変更するものである。しかし、電流、油圧と制御対象が異なり、これらの部材も個別に設定されているものであり、個体ばらつき、又は経年変化等の特性変化による制御性能に影響が起こるものであった。そのため特性ばらつきを補正しなければならないという問題があった。従来方法としては、個体ばらつき、経年変化を前もって想定し、かつこの値を制御回路に記憶して利用する方法も考えれる。しかし記憶容量の増大、さらには補正演算の複雑化等の制御回路自体にとってデメリットが発生する。

この発明は、前記の問題点を解決するためになされたもので、スロットル開度、回転数に基づき油圧を制御することにより所望の変速比を設定する変速機であって、油圧を制御する油圧制御手段と、この油圧制御手段を制御すべく制御量を算出、出力する制御回路と、油圧を検出する実圧検出手段とを備え、制御回路は、目標圧を設定する目標圧設定手段と、実圧検出手段からの実圧と目標圧との偏差に応じてフィードバック制御する自動変速制御装置において、油圧制御手段は制御回路による通電電流に応じて油圧を制御し、制御回路のフィードバック制御は少なくとも積分項を用いた制御系であって、油圧制御手段の特性ばらつきを補正すべく、油圧に依存して積分ゲイン項を可変し、かつ油圧制御手段の電流と油圧特性が直線性を有しない所定油圧以下の領域では、積分ゲインを大きく可変する積分ゲイン可変手段を備えたものである。

この発明によれば、アクチュエータの特性ばらつき、経年変化、温度、さらには非直線性を有する特性に対しても、簡単な方法で対応できる制御を提供することができる。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１について説明する。図１は本装置をベルト式無段変速機に採用した場合の全体構成を示す図である。１はエンジン、２はトルクコンバータ、３はプライマリプーリ、４はセカンダリプーリであり、エンジン出力がトルクコンバータ２を介してプライマリプーリ３に伝達され、ベルト５によりセカンダリプーリ４を駆動する。さらにプロペラシャフト６、減速ギア・ディファレンシャル装置（図示せず）を介して車輪７を駆動する。回転する動作部を図中二重線で示している。１０はオイルポンプ、９はセカンダリプーリ４を調整する油圧を制御するセタンダリバルブ、８はプライマリバルブであり、これらは油圧制御手段を構成している。エンジンにより駆動されるオイルポンプ１０から、制御用のライン１４に図中上向き矢印に沿ってオイルが供給され、セカンダリバルブ９の駆動により余分なオイルは、図中下向き矢印に沿ってドレイン１７を介して帰還される。この制御されたライン圧によりセカンダリプーリ４が調整され、ベルト５のテンションが変更され、これによりベルトの張りを所定範囲に保持することができる。同様にプライマリバルブ８は制御されたライン圧１５に基づき、プライマリプーリ３の圧力１６を制御する。これによりプーリ幅を変更することができ、ベルト５の位置を変更でき変速が可能となる。なお、油圧経路は図中太線で示している。１１はＥＣＵと呼ばれる制御回路であり、１２はライン圧を検出する実圧検出手段である油圧センサ、１３は車両の各種情報を検出するその他センサである。電気信号は図中矢印線で示している。

次に電気系の動作について説明する。その他センサ１３、プライマリプーリ３・セカンダリプーリ４の回転数、及び油圧センサ１２の情報をＥＣＵ１１が入力する。ＥＣＵ１１内部の処理は図２に示した制御ブロックに従って処理される。まず、入力されたプライマリプーリ３、セカンダリプーリ４の回転数、その他センサ１３によるエンジンのスロットル開度に基づき、エンジントルクＴｅ２０を算出し、目標の圧力Ｐｓｂ２１を求める。ここで目標圧設定手段を構成している。この算出方法については特許文献１に記載されているので省略する。次に２２では、この目標圧力Ｐｓｂ２１に対応したセカンダリバルブ９の駆動電流Ｉｘに換算する。一方、セカンダリプーリへ供給する油圧をセンサ１２により実圧Ｐｓ２６として検出する。この実圧Ｐｓと前述の目標圧Ｐｓｂとの偏差をなくすようにいわゆるフィードバック制御を行う。

このフィードバック制御２３はいわゆるＰＩＤ（比例、積分、微分）制御であるが、詳細は追って説明する。次に２５でＰＩＤ制御による算出した制御量Ｐｏ２３から、実際に制御するセカンダリバルブ９の電流値Ｉｙに換算する。そして前述の基本電流Ｉｘ２２とＰＩＤ制御の電流Ｉｙ２５とを加算してバルブ２４に出力する。以上の一連の動作によりライン圧を目標圧に収束するように制御している。一方、同等なバルブを使用しているプライマリバルブ８もセカンダリバルブ９と基本的には同一制御方法で対応できるので、以降はセカンダリバルブ９について説明する。

ＰＩＤ制御部は目標圧Ｐｓｂと実圧Ｐｓの偏差△Ｐに基づき制御量を算出する。
△Ｐ＝Ｐｓｂ−Ｐｓ （１）
Ｐｏ＝Ｋ１△Ｐ＋∫Ｋ２△Ｐ＋Ｋ３ｄ△Ｐ／ｄｔ （２）

ここで問題はバルブに特性ばらつきがあり、特に個体ばらつきが必ず存在する。図３は個体ばらつきを表した特性図である。３０は中央値であり、平均的なバルブ電流に対する圧力特性であり、３１と３２が使用可能なバルブ特性の限界であるとする。このようにバルブ特性がばらつくものに対して、制御量を補正しなければ目標圧への収束性が悪くなり、引いては変速フィーリング、燃費を悪化させるため、制御量を補正することが必要となる。特性３１を有するバルブと特性３２を有するバルブと比較し、同一の圧力Ｐ１を要求した場合、その電流はＩ１とＩ２のように大きく異なり、この差は圧力が低いほど大きなものとなっている。これを解決するには、特性３０よりも限界値の特性３１と３２を記憶しておき、補間補正する方法が考えれる。しかし、通常は図３のように単純な直線近似できる特性は少なく、通常非直線性の特性であり、その記憶容量は多量となり、さらにその変換補正に時間がかかるという欠点がある。

そこで、図３のように圧力の相違によりその電流値がバルブ特性で異なる場合、ＰＩＤのゲインを変更することで個体ばらつきに簡単に対応するものである。各ゲイン項Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３は平均的特性３０を有するバルブに対して所定値を設定しているが、圧力の変化に応じて、特に図３では圧力の低下に伴い、ゲイン項を徐々に大きくするような係数を持つ。特に比例ゲイン項Ｋ１、積分ゲイン項Ｋ２を可変することが特性変化に対応できる。これによりＰＩＤ制御のみでバルブ特性のばらつきに対応することが可能となる。またこの方法により特性３１、３２の２組の複数の記憶を有する必要もなくなり、記憶容量的に少なく、ゲイン可変のための変換時間も短縮可能となる。

また図３ではＰ２で示した圧力までは使用できるものであった。その理由はＰ２未満では直線性が特に悪くなっているためである。しかし、例えば図１に示したベルト式の無段変速機の場合、圧力はベルトを押し付けるように作用し、圧力が高すぎるとエンジン負荷になり、動力性能や燃費の悪化につながる。逆に圧力が低いとベルトがプーリ間ですべってしまい、動力伝達は著しく悪くなるばかりでなく、ベルトの磨耗も引き起こすことになる。また有段変速機もほぼ同様なことが言え、圧力が高いとエンジン負荷となり、燃費が悪くなる。従って圧力は、できる限り低い領域まで利用した方がよい。

そこで図３のようにＰ２以下では直線性が悪いが、システム的にはＰ３までの圧力は使用可能とする。この場合、特にＰ２からＰ３の領域において、バルブ特性が３１、３２では圧力が高い領域と比較し、著しく異なっている。このような特性に対応する方法を次に説明する。この領域ではＰＩＤ制御の比例ゲイン項Ｋ１を可変することにより応答性の改善を図ると、制御が過度となりオーバーシュートを発生させ、いわゆるハンチングが起こってしまう。そこで、比例ゲイン項Ｋ１、微分ゲイン項Ｋ３は可変せず、積分ゲイン項Ｋ２を可変させて対応する。

目標圧Ｐｓｂが所定値（Ｐ２）以下となった場合、積分ゲイン項Ｋ２の値を大きくなる方向へ変更する。この場合、図３の特性３１、３２を両者を考慮して変更する必要がある。つまり、特性３２のみでは積分ゲイン項Ｋ２をある程度大きな変更が可能であるが、特性３１のバルブに使用するとゲインが大きすぎて、またハンチングの可能性がある。従って、両特性を考慮して所定値を選定する必要がある。ここで積分ゲイン可変手段を構成しており、目標圧がＰ２からＰ３と変化した場合、積分ゲイン項Ｋ２を通常より大きくすることにより、目標圧Ｐ３により早く到達することが可能である。これにより目標到達時間は目標圧力が高い（例えばＰ１）場合とほぼ同程度となる効果がある。

次にＥＣＵ１１の内のＣＰＵの処理について前記制御を詳細に説明する。図４はＣＰＵの処理動作のフローチャートである。ＣＰＵを起動するとスタートし、Ｓ１で各種情報を入力する。各種情報とは前述のとおり、両プーリ３、４の回転数、スロットル開度、油圧センサ１２の圧力等である。Ｓ２ではこれら情報からエンジントルクＴｅを求め、このトルクから目標圧Ｐｓｂを算出する。次にＳ３において、目標圧Ｐｓｂと実圧Ｐｓの偏差△Ｐを算出する。次にＳ４において、低圧制御であるか否かの判断を行う。ここでは目標圧Ｐｓｂが所定値Ｐ２未満であると、低圧制御領域とみなし、「ＹＥＳ」となる。逆に目標圧ＰｓｂがＰ２以上であれば、低圧領域ではないため「ＮＯ」となる。

Ｓ４で低圧制御（ＹＥＳ）の場合、Ｓ５で積分ゲイン項Ｋ２を所定値大きくする。ここでは１より大きいαを乗算した定数とし、新たなＫ２を設定している。一方、Ｓ４で低圧制御でない場合（ＮＯ）、Ｓ６で積分ゲイン項Ｋ２を元の所定値とする。この積分ゲイン項には電流換算係数も含めており、Ｋ２を乗算することにより電流値まで算出している。次にＳ７で積分項の制御量Ｉｉｎｔを下式にて算出する。

Ｉｉｎｔ＝Ｉｉｎｔ＋Ｋ２＊△Ｐ （３）

数式（３）は目標圧と実圧との偏差に積分ゲイン項Ｋ２を乗じ、現在までの積分量Iｉｎｔを加算して新たな積分量を算出するものである。これにより積分項に依存する制御量を求めることができ、その上変更されたゲインも加味した制御量となっている。

次にＳ８で、偏差△Ｐを基に比例項と微分項の制御量を前述の数式（２）を利用し算出する。ここでもゲイン項に電流換算係数を含ませているため、算出された制御量は最終の電流値に変換されたものとなっている。次にＳ９でこれら電流換算値の加算（Ｉｙ）と目標圧力の電流換算値Ｉｘを加算し、出力電流値を算出する。考え方としては、図２に示したように制御量を求め、これを電流換算するものであるが、ＰＩＤ制御のゲイン項Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３に電流換算係数も含んだものとして換算処理を簡略化したものである。そしてＳ１０でこの電流変化値を加味した電流値をバルブに出力する。以上の各処理を再度最初から繰り返し行うことで、目標圧に実圧を到達させるように動作する。

以上説明したとおり、積分ゲインを変更することにより、センサ他の付加部品を利用することなく、アクチュエータ個体ばらつき、経年変化、非直線特性に簡単に対応でき、引いてはアクチュエータのばらつきのみならずシステム制御の変化、例えばヒステリシス、応答性も、その変化点を条件にしてゲイン変更を施すことにより対応可能となり、応用範囲は広い。

実施の形態２．
次に実施の形態２について説明する。図５において、低圧閾値であるＰ２以上のＰ４からＰ２未満のＰ５に目標圧が変わり、再度Ｐ２以上のＰ４に復帰する場合を考える。目標圧がＰ５からＰ４に変化した場合、実施の形態１における積分ゲイン項Ｋ２を元のＫ２に単に戻すだけではなく、目標圧がＰ２以上で制御していた積分量を記憶しておき、再度Ｐ２以上の目標圧となった場合にその記憶していた積分量を利用するものである。これは目標圧に対しフィードバック制御によって、実圧は極めて近接しているため、現在の積分量は所定値となっており、この所定値から新しい目標圧にするために積分量を現在の所定値から始めるのではなく、従来の積分量を利用することにより、早く制御量に反映させることが可能となり、引いては目標圧に到達する時間つまり応答性を上げることができるものである。

図５で具体例で説明すると、目標圧をＰ４とし、使用のバルブ特性が３１とすると、電流に換算した積分量は下記となる。

Ｉｉｎｔ＝ＩＳ３−ＩＳ４ （４）

このＩｉｎｔをＩｉｎｔＭとして記憶する。その後目標圧がＰ５となり、制御によって積分量は下記に変化する。

Ｉｉｎｔ＝ＩＳ５−ＩＳ６ （５）

次に目標圧がＰ４近傍に復帰すると積分量は数式（５）のままであり、Ｐ４に対しては大きすぎることが明白である。そこで、ＩｉｎｔＭとして記憶していた値を利用して、より近い積分量を制御量算出に使用するものである。利用方法としては、単に置換する方法、記憶と現在値の偏差を使用する方法、さらには偏差に制限を付加し徐々に変更する方法が考えられる。

次に図６のフローチャートを用いて具体的に説明する。Ｓ１〜Ｓ６までは実施の形態１における図４と同一のため説明を省略する。Ｓ１１は目標圧が低圧から通常領域に復帰制御中か否かを判断する。その方法は復帰処理回数を所定回数とするもの、又は後述する積分量ＩｉｎｔＬが所定値になるまでを復帰制御中と判断するものがある。Ｓ１１で復帰でないと判断されると（ＮＯ）、Ｓ１４で目標と実圧との偏差△Ｐに積分ゲイン項Ｋ２を乗算し、過去の積分量に加算する。この場合、電流換算値もＫ２に含ませたものとしているため、算出した値は電流値となっている。次にＳ１５で低圧制御中か否かを判断する。目標圧が所定圧Ｐ２未満の場合低圧制御中となり（ＹＥＳ）、次の処理へ進む。一方目標圧がＰ２以上の場合低圧制御ではなく（ＮＯ）、Ｓ１６において現在の積分量を記憶する。ここでIｉｎｔＭは記憶された積分量を示す。

一方、Ｓ１１で復帰制御中と判断されると（ＹＥＳ）、Ｓ１２で積分量の更新を下式にて算出する。

ＩｉｎｔＬ＝ＩｉｎｔＭ−Ｉｉｎｔ （６）

ここで図５の具体例で示すと、数式（５）と数式（４）の差分となる。Ｓ１３で現在の積分量を前記差分を加算し、下式にて積分量を算出する。

Ｉｉｎｔ＝Ｉｉｎｔ＋ＩｉｎｔＬ （７）

Ｓ１２とＳ１３の処理により通常圧復帰時の積分量を算出するが、具体的数字を用いて説明すると、数式（４）、（５）を下記（４ａ）、（５ａ）とした場合、数式（６）、（７）の値は下記となる。

Ｉｉｎｔ＝−５０ｍＡ＝ＩｉｎｔＭ （４ａ）
Ｉｉｎｔ＝−９０ｍＡ （５ａ）
ＩｉｎｔＬ＝−５０−（−９０）＝４０ （６ａ）
Ｉｉｎｔ＝−９０＋４０＝−５０ （７ａ）

この最終値である−５０ｍＡは初めて通常圧に復帰した時点の積分量である。次回の処理ルーチンでは通常圧復帰が終了しＳ１４に進むことになる。

これは初回に記憶した値を利用したため、記憶積分量と置換と同一方法となったものである。ここでＳ１２（数式（６））の積分量の絶対値が所定値よりも大きい場合、つまり低圧目標と通常目標圧復帰時の差が大きい場合には、その影響を減らすために積分量を増加させる。例えば上記数式（６ａ）の４０ｍＡに対して制限を３０ｍＡとして、初回は−６０ｍＡ、２回目に−５０ｍＡとになるように加減する。この方法は所定回数、又は積分量が所定値となることで通常圧復帰ルーチンを終了させるものである。この方法により積分量の急激は変化を抑制できる効果がある。

次にＳ１７において実施の形態１と同様に比例項、微分項の算出、及び電流変換、算出した全制御量の加算、出力の各処理を行い、再度Ｓ１へ戻る。

以上の方法により、通常目標圧Ｐ４における積分量を記憶しない場合と比較し、積分量を示す電流値が目標圧Ｐ４におけるばらつきにより近くなっており、それだけ制御の収束性が向上する。

実施の形態３．
次の実施の形態３について説明する。制御自体が油圧によるものであるため、油の温度によっては電流対油圧特性は変化する。特に、油温が低い低温域においては、図３における中央特性３０を有するバルブであっても、目標油圧と実圧との偏差の収束性は常温・高温と比較し悪化する。つまり油の粘性によりバルブ電流に対し、ヒステリシスが大きくなる傾向にある。また温度によっては電流対油圧特性が異なる特性を有するものも存在する。そこで、図１におけるライン１４、例えば油圧センサ１２付近に油温検出手段である油温センサを配設する。この油温センサにより油の温度を検出し、ＥＣＵ１１に入力する。ＥＣＵ１１はこの油温が所定温度以下においては少なくとも積分ゲイン項を常温より大きくすることにより、常温での制御性に近づけることができる。具体的方法は実施の形態１における図４のフローチャートのステップＳ４の低圧制御を低温か否かのチェックと置換し、低温の場合はＹＥＳとなりＳ５へ進み、逆に低温でない場合ＮＯとなり、Ｓ６に進むことになる。

また、実施の形態１及び２で記載した電流対油圧特性が異なる領域での制御を、油温が所定温度となるまで単純に禁止することにより、低温対策を行うことも可能である。この油温を利用することにより、例えば油温が−１０度以下では、低圧領域の使用を禁止し、＋１０度までの場合、低圧領域の補正量を大きくし、＋１０度以上では低圧領域の補正量を通常圧領域に対して、＋１０度未満より小さくすることもできる。以上のように低温領域ではゲインを大きくする、又は制御を禁止するように低温ゲイン可変手段を備えることにより、目標圧に到達するまでの時間を温度にかかわらずほぼ同一にでき、制御の収束性を向上できる。

この発明は車両用自動変速制御装置のみならず、船舶、航空機等の同様な変速制御装置にも用いることができる。

この発明の全体構成図である。 この発明の制御の動作説明図である。 この発明の実施の形態１のバルブ特性図である。 この発明の実施の形態１の制御フローチャート図である。 この発明の実施の形態２のバルブ特性図である。 この発明の実施の形態２の制御フローチャート図である。

符号の説明

１ エンジン、２ トルクコンバータ、３ プライマリプーリ、４ セカンダリプーリ、
５ ベルト、８ プライマリバルブ、９ セタンダリバルブ、１１ ＥＣＵ（制御回路）、１２ 油圧センサ（実圧検出手段）

Claims (3)

1. スロットル開度、回転数に基づき油圧を制御することにより所望の変速比を設定する変速機であって、前記油圧を制御する油圧制御手段と、この油圧制御手段を制御すべく制御量を算出、出力する制御回路と、前記油圧を検出する実圧検出手段とを備え、前記制御回路は、目標圧を設定する目標圧設定手段と、前記実圧検出手段からの実圧と前記目標圧との偏差に応じてフィードバック制御する自動変速制御装置において、
   前記油圧制御手段は前記制御回路による通電電流に応じて油圧を可変制御し、前記制御回路のフィードバック制御は少なくとも積分項を用いた制御系であって、前記油圧制御手段の特性ばらつきを補正すべく、油圧に依存して積分ゲイン項を可変し、かつ前記油圧制御手段の電流と油圧特性が直線性を有しない所定油圧以下の領域では、前記積分ゲインを大きく可変する積分ゲイン可変手段を備えたことを特徴とする自動変速制御装置。
2. 制御回路の積分ゲイン可変手段は、油圧制御手段の電流と油圧特性が直線性を有した領域である目標圧を設定している場合、積分量を記憶し、目標圧が直線性を有しない領域となった場合は前記記憶を保持したうえでフィードバック制御を続行し、再度目標圧が直線性を有する領域に復帰した場合、前記記憶した積分量を元に過去の積分量を減算して積分制御量を算出することを特徴とする請求項１記載の自動変速制御装置。
3. 油圧経路に油の温度を検出する油温検出手段を有し、制御回路の積分ゲイン可変手段は、油温が所定値以下の場合、フィードバック制御のゲイン値を大きく可変する、又は所定油温になるまでゲイン可変を禁止する低温ゲイン可変手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の自動変速制御装置。

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