JP4212541B2 - 無段変速機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｖベルト式無段変速機を備えた車両の油圧制御装置の改良に関するものである。

車両に搭載される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。

このため、例えば特許文献１で開示されるように、入力トルクと変速比に応じてプライマリプーリとセカンダリプーリの推力を求め、この推力を受圧面積などの所定値に基づいて油圧に換算し、この油圧を目標ライン圧として変速機構に供給する。そして、変速機構としてはステップモータと変速制御弁及びプライマリプーリを連結したサーボリンクにより、ステップモータの駆動で変速制御弁を目標変速比に応じて開口させ、変速によってプライマリプーリの溝幅が目標変速比になると、変速制御弁がプライマリプーリの溝幅に応じて閉弁されて変速が終了するメカニカルフィードバック機構及び変速比制御装置が備えられる。

また、この無段変速機では油圧制御装置を備えて、セカンダリプーリにはライン圧を供給する一方、プライマリプーリには変速制御弁を介してライン圧を調圧した油圧（プライマリ圧）を供給し、かつ、プライマリプーリの油室の受圧面積をセカンダリプーリの油室の受圧面積より大きく設定して、プライマリ圧をセカンダリ圧（ライン圧）より低い範囲で変化させて変速を行っている。

この油圧制御装置は、アクセルペダルが踏み込まれた運転状態では、プライマリプーリとセカンダリプーリが、車速とアクセルペダルの開度に基づいて推定した無段変速機への入力トルクによって決定された油圧によって、Ｖベルトとの接触半径を変更することで変速比を変更し、車速とアクセルペダル開度に応じた変速比を設定する。

ライン圧の目標値はプライマリプーリの高回転速度域におけるセカンダリプーリの遠心推力とプライマリプーリの遠心推力の差に応じてプライマリ圧をセカンダリ圧がバランスするように予め設定されている。

一方、アクセルペダルが解放状態となった運転条件にて、ライン圧は所定の最低値以上になるように補正される。ライン圧の最低値は、無段変速機の変速比とプライマリプーリの回転速度に応じて変更され、入力トルクが低下した場合でもＶベルトの挟持油圧を確保してＶベルト自身の遠心力によるＨｉ側への変速を防止するようになっている。
特許第３１８３１５４号

しかしながら、上記従来の油圧制御装置ではプライマリプーリの回転速度に応じてライン圧を的確に調節することが難しいという問題点があった。

すなわち、アクセル開度が小さく、かつ変速比がＨｉ側へシフトしたプライマリプーリの低回転速度域では、セカンダリプーリの遠心推力とプライマリプーリの遠心推力の差が縮小するのに伴って、ライン圧の余剰分が大きくなり、油圧ポンプの駆動負荷が増える可能性があった。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、Ｖベルト式の無段変速機において、ライン圧の余剰分が大きくなることを防ぎ、駆動負荷を低減することを目的とする。

本発明では、プライマリ圧に応じて溝幅が変化する入力側のプライマリプーリと、セカンダリ圧に応じて溝幅が変化する出力側のセカンダリプーリと、プライマリプーリとセカンダリプーリとに巻き掛けられ、溝幅に応じてプーリ接触半径が変化するベルトと、プライマリプーリ及びセカンダリプーリの高回転速度域における両者の遠心推力に対応してライン圧の目標値を設定するライン圧設定手段と、運転状態に基づく目標変速比となるようにライン圧を調圧してプライマリ圧とセカンダリ圧を制御する変速比制御手段とを備えたベルト式無段変速機において、プライマリプーリの回転速度が低下するのに応じてライン圧の目標値が低下するように、ライン圧の目標値を低下させるライン圧補正値を算出するライン圧補正値算出手段を備え、所定の運転条件にてライン圧補正値によってライン圧の目標値を低下させるライン圧補正手段とを備える。そして、ライン圧補正手段は変速比が所定値より小さいＨｉ側にある運転条件にてライン圧補正値によってライン圧の目標値を低下させる。

本発明によると、所定の運転条件にてライン圧補正値によってプライマリプーリの回転速度が低下するのに応じてライン圧の目標値を低下させることにより、セカンダリプーリの遠心推力とプライマリプーリの遠心推力の差が縮小することを反映してライン圧を低く抑えられ、油圧ポンプの駆動負荷を抑えて燃費の低減がはかれる。

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はその入力軸側がロックアップクラッチを備えたトルクコンバータ２、前後進切り替え機構４を介してエンジン１に連結される。無段変速機５は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。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ギア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目標変速比や接触摩擦力を決定し、制御する。

無段変速機５のプライマリプーリ１０は、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。可動円錐板１１ａはスプリング１５の付勢力によってもＶベルト１２に押し付けられる。

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、前後進切り替え機構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、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との接触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、プライマリ圧）を制御する変速制御弁３０と、セカンダリプーリシリンダ室１１ｃへの供給圧（以下、セカンダリ圧）を制御する減圧弁６１を主体に構成される。

変速制御弁３０はメカニカルフィードバック機構を構成するサーボリンク５０に連結され、サーボリンク５０の一端に連結されたステップモータ４０によって駆動されるとともに、サーボリンク５０の他端に連結したプライマリプーリ１０の可動円錐盤１０ａから溝幅、つまり実変速比のフィードバックを受ける。

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に調圧する。

ライン圧は、プライマリ圧を制御する変速制御弁３０と、セカンダリ圧を制御するソレノイドを備えた減圧弁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の変速比は、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ステップモータ４０によって制御され、ステップモータ４０に応動するサーボリンク５０の変位に応じて変速制御弁３０のスプール３１が駆動され、変速制御弁３０に供給されたライン圧が調整されてプライマリ圧をプライマリプーリ１０へ供給し、溝幅が可変制御されて所定の変速比に設定される。

なお、変速制御弁３０は、スプール３１の変位によってプライマリプーリシリンダ室１０ｃへの油圧の給排を行って、ステップモータ４０の駆動位置で指令された目標変速比となるようにプライマリ圧を調整し、実際に変速が終了するとサーボリンク５０からの変位を受けてスプール３１を閉弁する。

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、セカンダリプーリのシリンダ室１１ｃにかかるセカンダリ圧を検出する油圧センサ２８からの信号と、インヒビタースイッチ２３からのセレクト位置と、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（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、エンジンコントロールユニットから入力トルク情報を読み込んで目標変速比や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、インヒビタースイッチ２３のセレクト位置がＤレンジに入れられた運転状態にて、車速やアクセルペダルのストロークに応じて目標変速比を決定し、ステップモータ４０を駆動して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、入力トルクや変速比、油温、変速速度などに応じて、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。

なお、インヒビタスイッチ２３のセレクト位置がマニュアルモードに入れられた運転状態にて、目標変速比は運転者が支持するシフト位置に応じて固定される。

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変速比、油温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、セカンダリ圧の目標値を決定して、油圧センサ２８の検出値と目標値に応じて減圧弁６１のソレノイドを駆動して、フィードバック制御（閉ループ制御）によりセカンダリ圧を制御する。

図３はプーリ圧制御部２０２にてプライマリプーリ１０及びセカンダリプーリ１１の高回転速度域における両者の遠心推力に対応してライン圧の目標値ＰＬを設定する構成を示す。

この制御系はセカンダリプーリ１１の推力Ｐｓｅｃを決定するＰｓｅｃ決定セクション２２０と、この推力Ｐｓｅｃに応じてプライマリプーリ１０の推力を求め、これから目標ライン圧ＰＬを決定するＰＬ決定セクション２３０とによって構成される。

Ｐｓｅｃ決定セクション２２０では、まず、処理部２２１にて、目標変速比ｉｐとプライマリプーリ１０の入力トルクからセカンダリプーリ１１のＳｅｃ推力（滑り限界推力）を求める。

処理部２２２にて、求められたＳｅｃ推力からセカンダリプーリ１１の遠心推力分を減算した推力Ａを求める。この遠心推力は、セカンダリプーリシリンダ室１１ｃに介在する作動油に働く遠心力により、セカンダリプーリ１１がＶベルト１２を押す推力である。

処理部２２５にて、予め設定されたセカンダリプーリ１１の最低油圧Ｐｓｅｃｍｉｎを読み込む。なお、最低油圧Ｐｓｅｃｍｉｎは駆動車輪側からの逆トルクが入力されたときに、Ｖベルト１２の滑りを抑止するために必要な最低限の油圧を示す。

処理部２２６にて、この最低油圧Ｐｓｅｃｍｉｎにプライマリプーリシリンダ室１０ｃの受圧面積を乗じて推力Ｂを求める。

処理部２２３にて、推力Ａと推力Ｂを比較し、大きい方の値をＭＡＸ（Ａ．Ｂ）として出力する。

処理部２２４にて、この推力ＭＡＸ（Ａ．Ｂ）にセカンダリプーリ１１の遠心推力分を加算した値をセカンダリプーリ１１の推力ＰｓｅｃとしてＰＬ決定セクション２３０に出力する。

一方、ＰＬ決定セクション２３０では、処理部２３１にて、後述するように、セカンダリプーリ１１の推力Ｐｓｅｃと目標変速比ｉｐとプライマリプーリ１０の入力トルクからプライマリプーリ１０のＰｒｉ推力（滑り限界推力）を全回転速度域（Ｎｐｒｉ１〜ＭＡＸ）に渡って求める。

処理部２３２にて、求められたＰｒｉ推力からプライマリプーリ１０の遠心推力分を減算した推力を全回転速度域（Ｎｐｒｉ１〜ＭＡＸ）に渡って求める。この遠心推力は、プライマリプーリシリンダ室１０ｃに介在する作動油に働く遠心力により、プライマリプーリ１０がＶベルト１２を押す推力である。

処理部２３３にて、求められた推力をプライマリプーリシリンダ室１０ｃの受圧面積によって除算し、プライマリプーリシリンダ室１０ｃに必要な油圧を全回転速度域（Ｎｐｒｉ１〜ＭＡＸ）に渡って求める。

処理部２３４にて、求められた全回転速度域（Ｎｐｒｉ１〜ＭＡＸ）の油圧から最大値をこの目標変速比ｉｐと入力トルクの条件下において必要な油圧Ｐｐｒｉとして出力する。

処理部２３５にて、セカンダリ圧、ソレノイド、Ｖベルト１２の摩擦係数等が持つ各バラツキ要素を油圧換算し、処理部２３６にて、油圧Ｐｐｒｉに加算した値を目標ライン圧ＰＬとして出力する。

図４の（ａ），（ｂ）は、上記した目標ライン圧ＰＬを算出する方法を示している。この処理は、以下の条件下で行われる。
・目標変速比ｉｐがＨｉ側（０．３９４）となる。
・入力トルクが所定値より小さく、上記した推力Ａが推力Ｂより小さくなる。
・セカンダリプーリ１１の推力Ｐｓｅｃが最低油圧Ｐｓｅｃｍｉｎによって決まる。

図４の（ａ）は、プライマリプーリ１０の全回転速度域に渡って求められるセカンダリプーリ１１のＳｅｃ推力（滑り限界推力）を示している。このＳｅｃ推力はスプリング１５により推力（一定値）と、供給油圧によって得られるセカンダリプーリ１１の推力Ｐｓｅｃ（一定値）と、セカンダリプーリ１１の遠心推力との和となる。セカンダリプーリ１１の遠心推力はプライマリプーリ１０の回転速度Ｎｐｒｉに応じて上昇する。

図４の（ｂ）は、プライマリプーリ１０の全回転速度域に渡って求められるプライマリプーリ１０のＰｒｉ推力（滑り限界推力）を示している。このＳｅｃ推力は供給油圧によって得られるプライマリプーリ１０の推力Ｐｐｒｉと、プライマリプーリ１０の遠心推力との和となる。推力Ｐｐｒｉと、プライマリプーリ１０の遠心推力はそれぞれプライマリプーリ１０の回転速度Ｎｐｒｉに応じて上昇する。

目標ライン圧ＰＬは、セカンダリプーリ１１のＳｅｃ推力の最大値とＰｒｉ推力の最大値が一致するように決められる。すなわち、プライマリプーリシリンダ室１０ｃに供給される油圧Ｐｐｒｉの最大値が略目標ライン圧ＰＬになる。

このように目標ライン圧ＰＬが最高回転数域におけるセカンダリプーリ１１の遠心推力とプライマリプーリ１０の遠心推力の差に基づいて決定される。

このため、図４の（ｂ）に示すように、プライマリプーリ１０の回転速度Ｎｐｒｉが低い領域では、目標ライン圧ＰＬがプライマリプーリシリンダ室１０ｃに必要な供給油圧Ｐｐｒｉより大幅に高い値となるため、目標ライン圧ＰＬを低下させられる削減代がある。

プライマリプーリ１０の回転速度Ｎｐｒｉが低下するのに伴って、セカンダリプーリ１１の遠心推力とプライマリプーリ１０の遠心推力の差が縮小し、目標ライン圧ＰＬの削減代が拡大するという特性がある。

変速比Ｈｉ側になるのに伴って、セカンダリプーリ１１の遠心推力とプライマリプーリ１０の遠心推力の差が拡大し、目標ライン圧ＰＬの削減代が拡大するという特性がある。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、プライマリプーリ１０の回転速度Ｎｐｒｉが低下するのに応じて目標ライン圧ＰＬを低下させるライン圧補正値を算出し、後述する所定の運転条件にてライン圧補正値によって目標ライン圧ＰＬを低下させる制御を行う。

図５はＣＶＴコントロールユニット２０において目標ライン圧ＰＬを補正する制御系の構成を示す。以下、この制御系について説明する。

処理部Ｂ１にて、図示しないマップ（ＰＦＭＡＰＤ）に基づき入力トルクと目標変速比ｉｐに応じてプライマリプーリシリンダ室１０ｃに必要な供給油圧Ｐｐｒｉを求める。

処理部Ｂ２にて、図６に示す補正マップに基づき目標変速比ｉｐとプライマリプーリ１０の回転速度Ｎｐｒｉに応じてライン圧補正値を求める。

処理部Ｂ３にて、後述する所定の運転条件を満たしているか否かを判定する。所定の運転条件を満たしていると判定された場合、処理部Ｂ４にて、目標ライン圧ＰＬからライン圧補正値を減算した値を出力する。一方、所定の運転条件を満たしていないと判定された場合、処理部Ｂ４にて、目標ライン圧ＰＬからライン圧補正値を減算せず、そのまま出力する。

ＣＶＴコントロールユニット２０はこの目標ライン圧ＰＬに応じた指令（例えば、デューティ信号など）をレギュレータバルブ６０に出力し、変速制御弁３０と減圧弁６１にそれぞれ供給されるライン圧を制御する。

図６に示す補正マップにおいて、ライン圧補正値はプライマリプーリ１０の回転速度Ｎｐｒｉが低下するのに応じて大きくなる特性とする。

そして、ライン圧補正値は目標変速比ｉｐが小さく（Ｈｉ側）なるのに応じて大きくなる特性とする。

次に、ＣＶＴコントロールユニット２０のプーリ圧制御部２０２で行われるライン圧制御の一例について、図７のフローチャートを参照しながら詳述する。なお、図７のフローチャートは所定の周期、例えば、数十ｍｓｅｃ毎に実行されるものである。

まず、ステップＳ１では、インヒビタースイッチ２３のセレクト位置にＤレンジが入れられた運転状態であることを判定する。

続く、ステップＳ２では、変速比が所定値より小さい（Ｈｉ側）運転状態であることを判定する。

続く、ステップＳ３では、入力トルクが０より大きく所定値より小さい運転状態であることを判定する。

上記のステップＳ１〜Ｓ３にて、各条件を全て満たしていると判定された場合、ステップ４に進み、目標ライン圧ＰＬからライン圧補正値を減算した値を出力する。

一方、ステップＳ１〜Ｓ３にて、各条件を少なくとも一つを満たしていないと判定された場合、ステップ５に進み、目標ライン圧ＰＬからライン圧補正値を減算せず、そのまま出力する。

以上のように構成されて、プライマリプーリ１０の回転速度Ｎｐｒｉが低下するのに伴って目標ライン圧ＰＬを低下させるライン圧補正値を算出し、所定の運転条件にてライン圧補正値によって目標ライン圧ＰＬを低下させる制御を行うことにより、セカンダリプーリ１１の遠心推力とプライマリプーリ１０の遠心推力の差が縮小することを反映してライン圧を抑えられ、駆動負荷を低減することができる。

図６に示す補正マップにおいて、ライン圧補正値はプライマリプーリ１０の回転速度Ｎｐｒｉが低下するのに伴ってセカンダリプーリ１１とプライマリプーリ１０の各遠心推力の差が縮小することに対応してライン圧の余剰値を的確に減らすことが可能となる。

また、変速比が所定値より小さいＨｉ側にあり、かつ入力トルクが所定値以下となる条件にて行うことにより、カンダリプーリ１１の遠心推力とプライマリプーリ１０の遠心推力の差が縮小する運転条件でのみに、上記のライン圧を補正する制御が行われる。他の運転条件ではライン圧を補正する制御が行わることがなく、ライン圧の制御応答性を損なわないで済む。

インヒビタースイッチ２３のセレクト位置にＤレンジが入れられ、車速とアクセルペダル開度に応じた変速比を制御する運転モードで上記のライン圧を補正する制御が行われることにより、車速やアクセルペダルのストロークに応じて目標変速比がＨｉ側に移行する毎に、上記のライン圧が削減される可能性が高く、燃費の削減効果が高い。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明は、自動車等の車両に搭載される無段変速機の制御装置に適用できる。

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。 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。 同じく目標ライン圧ＰＬを算出する制御系の構成を示すブロック図。 同じく目標ライン圧ＰＬを算出する方法を示す説明図。 同じく目標ライン圧ＰＬを補正する制御系の構成を示すブロック図。 同じく目標ライン圧ＰＬを設定したマップ。 同じく目標ライン圧ＰＬを補正する制御例を示すフローチャート。

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
２１ エンジンコントロールユニット
２０ ＣＶＴコントロールユニット
２８ 油圧センサ
３０ 変速制御弁
６０ レギュレータバルブ
６１ 減圧弁
１００ 油圧コントロールユニット

Claims (4)

1. プライマリ圧に応じて溝幅が変化する入力側のプライマリプーリと、
   セカンダリ圧に応じて溝幅が変化する出力側のセカンダリプーリと、
   前記プライマリプーリと前記セカンダリプーリとに巻き掛けられ、前記溝幅に応じてプーリ接触半径が変化するベルトと、
   前記プライマリプーリ及び前記セカンダリプーリの高回転速度域における両者の遠心推力に対応して前記ライン圧の目標値を設定するライン圧設定手段と、
   運転状態に基づく目標変速比となるように前記ライン圧を調圧して前記プライマリ圧と前記セカンダリ圧を制御する変速比制御手段とを備えたベルト式無段変速機において、
   前記プライマリプーリの回転速度が低下するのに応じて前記ライン圧の目標値が低下するように、前記ライン圧の目標値を低下させるライン圧補正値を算出するライン圧補正値算出手段を備え、
   所定の運転条件にて前記ライン圧補正値によって前記ライン圧の目標値を低下させるライン圧補正手段とを備え、
   前記ライン圧補正手段は変速比が所定値より小さいＨｉ側にある運転条件にて前記ライン圧補正値によってライン圧の目標値を低下させる構成としたことを特徴とする無段変速機の制御装置。
2. 前記ライン圧補正値は前記プライマリプーリの回転速度が低下するのに応じて大きくなり、かつ前記目標変速比が小さくなるのに応じて大きくなる特性としたことを特徴とする請求項１に記載の無段変速機の制御装置。
3. 前記ライン圧補正手段は前記プライマリプーリの入力トルクが所定値より小さい運転条件にて前記ライン圧補正値によってライン圧の目標値を低下させる構成としたことを特徴とする請求項２に記載の無段変速機の制御装置。
4. 前記ライン圧補正手段は車速とアクセルペダル開度に応じて変速比を制御する運転モードにて前記ライン圧補正値によってライン圧の目標値を低下させる構成としたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の無段変速機の制御装置。

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