JP4395137B2

JP4395137B2 - 車両のトルク制御装置

Info

Publication number: JP4395137B2
Application number: JP2006030640A
Authority: JP
Inventors: 尊充嶌津; 敏康山口; 善親萩原
Original assignee: JATCO Ltd
Current assignee: JATCO Ltd
Priority date: 2006-02-08
Filing date: 2006-02-08
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2026-02-08
Also published as: EP1818577A1; US20070203631A1; JP2007210379A

Description

車両のトルク制御、特にベルト式無段変速機に接続するエンジンを備えた車両のトルク制御装置に関するものである。

従来のベルト式無段変速機において、オフロード走行時に駆動輪のホイールスリップし、ホイールスリップ後の再グリップ時に、エンジン側からのプライマリプーリへの入力と、再グリップ時に瞬間的に増大した駆動輪側からのセカンダリプーリへの入力とのバランスをとる必要が生じ、入力されたトルクの一部を逃そうとしてベルトが滑る恐れがある。このベルト滑りを防止するために、駆動輪のホイールスリップを検知して、ホイールスピン発生時には、プライマリプーリ及びセカンダリプーリに供給する油圧を増圧してベルトのトルク容量を上昇させてベルト滑りを防止する技術がある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−１１６６０６号公報

しかしながら、従来技術においてはホイールスピンを検出後に油圧の増圧を行う構成となっているため、各プーリへ供給される油圧の増圧が遅れ、ベルト滑りを防止することができないという課題がある。

本発明は、ベルト滑りを応答良く防止するようにエンジンの出力トルクを制御する車両のトルク制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、油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、油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を備えたベルト式無段変速手段と、前記ベルト式無段変速手段にトルクを入力するエンジンと、を備える車両において、駆動輪のホイールスリップ後の再グリップ時に駆動輪側から前記プライマリプーリに入力される逆入力トルクが生じる走行状態か否かを判定する走行状態判定手段と、前記ベルト式無段変速手段の変速比を算出する変速比算出手段と、前記エンジンから前記プライマリプーリに入力される正入力トルクを算出する正入力トルク算出手段と、算出された前記変速比と前記正入力トルクとに基づいて前記逆入力トルクを算出する逆入力トルク算出手段と、前記ベルト式無段変速手段に供給する最高油圧を演算し、この最高油圧での前記ベルトのトルク容量を演算するトルク容量演算手段と、演算した前記ベルトのトルク容量と、前記正入力トルクと逆入力トルクとの合計トルクとを比較するトルク比較手段と、車両の走行状態が前記逆入力トルクが生じる走行状態で、前記合計トルクが前記ベルトのトルク容量を越える場合には、前記合計トルクが前記ベルトのトルク容量以下となるように前記エンジンの出力トルクを制限するトルク制御手段とを備えたことを特徴とする車両のトルク制御装置である。

本発明は、無段変速手段の変速比と正入力トルクとから発生し得る逆入力トルクを算出し、正入力トルクと逆入力トルクとの和である合計トルクがベルトのトルク容量を越えないようにエンジンの出力トルクを制御するため、確実にベルト滑りを防止し、かつ、逆入力トルクを変速比と正入力トルクとから算出するため、逆入力トルクが入力されるのを見越してエンジンの出力トルクを制御して、ベルト滑りを防止することができる。

以下、図面等を参照して、本発明の実施の形態について、詳しく説明する。

図１は本発明による車両用ベルト式無段変速システムを示す概略構成図である。

車両用ベルト式無段変速システム１は、クラッチ部１０と、ベルト式無段変速部２０と、油圧調整部３０と、コントロールユニット４０とを備え、エンジン６０の回転を減速して駆動輪７０に伝達する。また、本実施形態の車両用ベルト式無段変速システム１では、エンジン６０とクラッチ部１０との間にトルクコンバータ（以下、適宜「トルコン」と略す）５０が設けられている。このトルクコンバータ５０は、タービン、インペラ及びステータで構成され、内部に封入されたオイルの流れによってエンジン６０の回転トルクを伝達する装置であり、いわゆるロックアップ機構を備える。

エンジン回転数Ｎｅ、トルコン容量係数τ、トルコントルク比ｔとすると、トルクコンバータ５０への入力トルクＴ_in、トルクコンバータ５０からの出力トルクＴ_outは、それぞれ、
Ｔ_in ＝ τ×Ｎｅ²
Ｔ_out ＝ τ×Ｎｅ²×ｔ
で、表される。このように、トルクコンバータ５０の伝達トルクは、エンジン回転数によって決定される。

クラッチ部１０は、エンジン６０側とプライマリプーリ２１側との動力伝達経路を切り換える遊星歯車１１と、前進クラッチ１２と、後退ブレーキ１３とを有し、クラッチ圧調整装置３５から供給される油圧によって、車両の前進時には前進クラッチ１２を締結し、車両の後退時には後退ブレーキ１３を締結し、中立位置（ニュートラルやパーキング）では前進クラッチ１２及び後退ブレーキ１３を共に解放する。クラッチ圧調整装置３５は、コントロールユニット４０からの指令に応じて前進クラッチ１２及び後退ブレーキ１３に供給する油圧（前進クラッチ圧、後退クラッチ圧）を調整して締結状態を制御する。

前進クラッチ１２及び後退ブレーキ１３の締結は排他的に行われ、前進時（レンジ信号＝Ｄレンジ）は、前進クラッチ圧を供給して前進クラッチ１２を締結するとともに、後退クラッチ圧をドレンに接続して後退ブレーキ１３を解放する。一方、後退時（レンジ信号＝Ｒレンジ）は、前進クラッチ圧をドレンに接続するとともに、前進クラッチ１２を解放し、後退クラッチ圧を供給して後退ブレーキ１３を締結する。また、中立位置（レンジ信号＝Ｎレンジ）では、前進クラッチ圧及び後退クラッチ圧をドレンに接続し、前進クラッチ１２及び後退ブレーキ１３を共に解放する。

ベルト式無段変速部２０は、プライマリプーリ２１と、セカンダリプーリ２２と、Ｖベルト２３とを備える。

プライマリプーリ２１は、エンジン６０の回転を入力する入力軸側のプーリである。プライマリプーリ２１は、入力軸２１ｃと一体となって回転する固定円錐板２１ａと、この固定円錐板２１ａ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、プライマリプーリに作用する油圧（以下「プライマリ圧」という）によって軸方向へ変位可能な可動円錐板２１ｂとを備える。プライマリプーリ２１の回転速度は、プライマリプーリ回転速度センサ４１によって検出される。

セカンダリプーリ２２は、Ｖベルト２３によって伝達された回転をアイドラギアやディファレンシャルギアを介して駆動輪７０に伝達する。セカンダリプーリ２２は、出力軸２２ｃと一体となって回転する固定円錐板２２ａと、この固定円錐板２２ａ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、セカンダリプーリに作用する油圧（以下「セカンダリ圧」という）に応じて軸方向へ変位可能な可動円錐板２２ｂとを備える。なお、セカンダリプーリの受圧面積とプライマリプーリの受圧面積とは、同等又はほぼ同等である。セカンダリプーリ２２の回転速度は、セカンダリプーリ回転速度センサ４２によって検出される。なお、このセカンダリプーリ２２の回転速度から車速が算出される。

Ｖベルト２３は、プライマリプーリ２１及びセカンダリプーリ２２に巻き掛けられ、プライマリプーリ２１の回転をセカンダリプーリ２２に伝達する。

油圧調整部３０は、油圧ポンプ３１と、ライン圧調整装置３２と、プライマリ圧調整装置３３と、セカンダリ圧調整装置３４と、クラッチ圧調整装置３５とを備える。

油圧ポンプ３１は、クラッチ部１０の入力側などに連結されており、エンジン６０で駆動されて、オイルを圧送する。

ライン圧調整装置３２は、油圧ポンプ３１から圧送されたオイルの圧力を、コントロールユニット４０からの指令（例えば、デューティ信号など）によって運転状態に応じた所定のライン圧に調圧する。

プライマリ圧調整装置３３は、プライマリ圧を制御する装置であり、例えば、ソレノイドや、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及びステップモータなどによって構成されている。

セカンダリ圧調整装置３４は、コントロールユニット４０からの指令によって制御され、ライン圧調整装置３２で調圧されたライン圧をさらに減圧して運転状態に応じた所定のセカンダリ圧に調圧する。

クラッチ圧調整装置３５は、油圧ポンプ３１からの油圧を元圧として前進クラッチ圧及び後退クラッチ圧を調整する。クラッチ圧調整装置３５は、コントロールユニット４０の油圧指令値に応じて前進クラッチ圧及び後退クラッチ圧を調整して前進クラッチ１２及び後退ブレーキ１３の締結又は解放を行う。

コントロールユニット４０は、セカンダリプーリ回転速度センサ４２からの車速信号、シフトレバーに応動するインヒビタスイッチ４３からのレンジ信号、エンジン６０（またはエンジン制御装置）からのエンジン回転速度信号等の運転状態及び運転操作に基づいて、油圧指令値を決定してクラッチ圧調整装置３５へ指令する。なお、インヒビタスイッチ４３は、前進（Ｄレンジ）、中立位置＝ニュートラル（Ｎレンジ）、後退（Ｒレンジ）のいずれか一つを選択する例を示す。

また、コントロールユニット４０は、クラッチ圧調整装置３５をコントロールして、前進クラッチ１２及び後退ブレーキ１３に供給する油圧を調整して前進クラッチ圧及び後退クラッチ圧を制御してクラッチの締結状態をコントロールする。

さらに、コントロールユニット４０は、入力トルク情報、プライマリプーリの回転速度とセカンダリプーリの回転速度との比（変速比）、インヒビタスイッチ４３からのセレクト位置や、車速（セカンダリプーリ回転速度）、アクセルペダル踏み込み量、油温、油圧等の信号を読み込んで目標変速比を決定し、その目標変速比を実現するためのプライマリ圧及びセカンダリ圧の目標圧を算出し、必要に応じて目標圧の補正を行って、その目標圧通りになるように、ライン圧調整装置３２、プライマリ圧調整装置３３、セカンダリ圧調整装置３４を制御して、プライマリプーリ２１及びセカンダリプーリ２２に供給する油圧を調整して可動円錐板２１ｂ及び可動円錐板２２ｂを回転軸方向に往復移動させてプライマリプーリ２１及びセカンダリプーリ２２のプーリ溝幅を変化させる。すると、Ｖベルト２３がプライマリプーリ２１及びセカンダリプーリ２２上で移動して、Ｖベルト２３のプライマリプーリ２１及びセカンダリプーリ２２に対する接触半径が変わり、変速比がコントロールされる。

エンジン６０の回転が、トルクコンバータ５０、クラッチ部１０を介してベルト式無段変速部２０へ入力され、プライマリプーリ２１からＶベルト２３、セカンダリプーリ２２を介して駆動輪７０へ伝達される。

コントロールユニット４０は、アクセルペダルが踏み込まれたり、マニュアルモードでシフトチェンジされると、プライマリプーリ２１の可動円錐板２１ｂ及びセカンダリプーリ２２の可動円錐板２２ｂを軸方向へ変位させて、Ｖベルト２３との接触半径を変更することにより、変速比を連続的に変化させる。

さらに、コントロールユニット４０は、エンジン６０の燃料噴射量、スロットル開度を制御してトルク、回転数を制御する。

図２は、プライマリプーリ２１にエンジン６０側から入力される正入力トルクＴｐ、例えばトルコン５０のタービントルクと、駆動輪７０側からセカンダリプーリ２２を介してプライマリプーリ２１に入力される逆入力トルクＴｓの関係からベルト滑りを説明する図である。ここで、変速比は一定とし、変速比に応じてこの関係を示すマップが設けられている。

無段変速部２０には正入力トルクＴｐと逆入力トルクＴｓの合計トルク（Ｔｐ＋Ｔｓ）が入力されることになり、このときのベルト２３への合計トルクの最大値を図中、太実線で示す。ここで、合計トルクを示す直線は、下式で示される。

一方、ベルト２３が伝達しうる最大トルクを示す最大トルク容量が図中、破線で示される。ここで、ベルト２３の最大トルク容量は、無段変速部２０の強度上許容される油圧で規定される。

図に示すように、ベルト２３への合計トルクを示す直線とベルト２３の最大トルク容量を示す直線は共に右下下がりの直線で示され、ベルト２３の合計トルクを示す直線の傾きがベルト２３の最大トルク容量を示す直線の傾きより大きい。ここで、上述のように合計トルクは正入力トルクと逆入力トルクの合計であるから、正入力トルクが大きければ逆入力トルクが小さくなることを示している。つまり、逆入力が生じる、例えば、オフロードのような悪路走行時に駆動輪７０が石に衝突して逆入力トルクが無段変速部２０に入力されるような場合に、大きな正入力トルクが無段変速部２０に伝達されていることで逆入力トルクが低減されることになる。

また、ベルト２３への合計トルクを示す直線とベルト２３の最大トルク容量を示す直線の傾きが異なることから、これらはある点（図中Ａ点）で交差し、Ａ点を越える正入力トルクＴｐで、ベルト２３の合計トルクがベルト２３の最大トルク容量より大きくなる。言い換えるとこのＡ点を越える正入力トルクＴｐが無段変速部２０へ入力されると、ベルト２３に滑りが生じることになり、一方、Ａ点以下の正入力トルクＴｐでは、トルク容量が合計トルクより大きく、ベルト滑りは生じない。

本実施形態では、このＡ点を越える正入力トルクＴｐが入力されることによるベルト滑りを防止するべく、ベルト２３の合計トルクとトルク容量とを比較して、合計トルクとトルク容量とが等しくなるＡ点を求め、このＡ点に対応する正入力トルクＴｐａを正入力トルクＴｐの上限として設定する。そして、上限として設定したＡ点以上の正入力トルクＴｐａとならないようにエンジン６０の出力トルクをコントロールユニット４０により制御する。このように所定の正入力トルクＴｐａを上限としてエンジン６０の出力トルクを制限することで、正入力トルクＴｐを含む合計トルクが制限され、合計トルクがトルク容量を越えることが防止できる。これによりベルト滑りが抑制できる。

また、予め図２に示すマップを設けておき、無段変速部２０の変速比と正入力トルクＴｐとから逆入力トルクを求め、正入力トルクＴｐと逆入力トルクＴｓの和として合計トルクを算出し、ベルト２３のトルク容量と比較して、その結果に基づいてベルト滑りを防止するエンジンの出力トルクの制限制御を実施することができる。このようなトルク制御とすることで、逆入力トルクが入力される前にエンジン６０の出力トルクを制限しておき、確実にベルト滑りを防止することができる。なお、無段変速部２０の変速比は、プライマリプーリ回転速度センサ４１とセカンダリプーリ回転速度センサ４２の出力から算出される。

また、図３に示すように、ベルト２３の合計トルクとベルト２３の最大トルク容量との差分だけ正入力トルクＴｐを低減するようにエンジン６０の出力トルクを制御してもよい。

次に図４と図５を用いて、ベルト２３の滑りを防止するエンジン６０のトルク制御について説明する。

まず、図４を用いて、逆入力トルクＴｓを考慮したプライマリプーリ２１の正入力トルクＴｐの設定方法を説明する。

図４は、所定のプライマリプーリ２１の所定回転数での無段変速部２０の変速比（プーリ比）とプライマリプーリ２１の正入力トルクＴｐとの関係を示し、一点鎖線で示す線がベルト滑りを考慮した、つまり、図２においてベルト２３の合計トルクがベルト２３の最大トルク容量を越えないように制御したエンジン６０の出力トルク制限時のベルト２３の最大トルク容量を示す。この最大トルク容量の特性線から逆入力トルクＴｓ分を差し引いて設定した実線が、逆入力トルクＴｓを考慮したプライマリプーリ２１の正入力トルクＴｐとなる。つまり、予めプライマリプーリ２１の正入力トルクＴｐの最大値を、ベルト２３の最大トルク容量から逆入力トルクＴｓを差し引いた値に設定しておけば、逆入力トルクＴｓが入力されても、ベルト２３の最大トルク容量を越えることはなく、よってベルト滑りが生じることはない。ここで逆入力トルクＴｓは、図２に示すマップを用いて、正トルクＴｐと無段変速部２０の変速比とから演算される。

図５は、図４のマップをプライマリプーリ２１の回転数ごとにプロットしたもので、プライマリプーリ２１の回転数と無段変速部２０の変速比とからプライマリプーリ２１の正入力トルクＴｐを算出するマップである。

このマップを用いて、プライマリプーリ２１の回転数と無段変速部２０の変速比とからプライマリプーリ２１の正入力トルクＴｐを算出することで、最適な正入力トルクＴｐを設定し、過剰なトルク低下を抑制し、ベルトすべりと車両の動力性能とを両立することができる。

図６は、図５のマップを用いて設定されたプライマリプーリ２１の正入力トルクＴｐにエンジン６０の出力トルクを制御するフローチャートである。このトルク制御は、コントロールユニット４０で、所定間隔、例えば１０ｍｓｅｃごとに実施される。

まず、ステップＳ１で図示しない走行モードスイッチの出力信号を読み込み、走行モードがオフロード走行モードか否かを判定する。ここで、オフロード走行モードは、オフロード、例えば悪路走行時や泥路走行に適した走行モードであり、オンロード走行モードより低い変速比を備えた走行モードである。

オフロード走行モードであれば、続くステップＳ２に進みトルコン５０をロックアップオフ状態に制御する。オンロード走行モードであれば、エンジン６０の出力トルク制限の必要はなく、制御を終える。

ステップＳ３では、各プーリ２１、２２の回転センサ４１、４２の出力を読み込み、プライマリプーリ２１とセカンダリプーリ２２の回転数を検出する。そして、ステップＳ４で無段変速部２０の変速比を算出する。

次のステップＳ５では、算出された変速比とプライマリプーリ２１の回転数とを用いて図５のマップから逆入力トルクＴｓを考慮したプライマリプーリ２１の正入力トルクＴｐを算出する。

続くステップＳ６で、インヒビタスイッチ４３の出力信号を読み込んで、車両が前進状態か後退状態かを判定する。後退状態である場合には後退ギア比ｉｒで、ステップＳ５で算出した正入力トルクＴｐを除算し、前進状態である場合には正入力トルクＴｐを維持する。

続くステップＳ７において、ステップＳ６で補正された正入力トルクＴｐをトルクコンバータ５０のトルク比でさらに除算して、トルコン５０のトルク増幅分を補正する。

さらにステップＳ１０で正入力トルクＴｐを油圧ポンプ３１のロストルクで補正する。具体的には、油圧ポンプ３１のロストルク分を入力トルクに加算する。

このようにして逆入力トルクＴｓを考慮し、Ｖベルト２３の滑りを防止する正入力トルクＴｐに対応したエンジン６０の出力トルクが算出される。

これまで説明してきたように本発明は、ベルト式無段変速部２０を備えた車両用ベルト式無段変速システム１と、このベルト式変速部にトルクを伝達するエンジン６０とを備えた車両において、エンジン６０からプライマリプーリ２１に入力される正入力トルクＴｐと、正入力トルクＴｐと無段変速部２０の変速比とから算出される、駆動輪７０からプライマリプーリ２１に入力される逆入力トルクＴｓとを算出し、正入力トルクＴｐと逆入力トルクＴｓとの和である合計トルクとベルト２３のトルク容量とを比較して、車両の走行状態が逆入力を生じる走行状態で、合計トルクがトルク容量を越える場合には、前記正入力トルクＴｐを低減し、前記合計トルクが前記ベルトのトルク容量以下となるように前記エンジン６０の出力トルクを制限する車両のトルク制御装置であるため、ベルト滑りを確実に防止できると共に、駆動輪からプライマリプーリ２３に入力される逆入力トルクＴｓを正入力トルクＴｐと無段変速部２０の変速比とから算出するため、実際に逆入力トルクＴｓが負荷される前に逆入力トルクＴｓを見越したエンジン６０のトルク制御を行うことができる。

本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内でさまざまな変更がなしうることは明白である。

本発明による車両用ベルト式無段変速システムを示す概略構成図である。ベルト滑りを説明する図である。ベルト滑りを説明する他の図である。逆入力トルクを考慮した正入力トルクＴｐの設定方法を説明する図である。プライマリプーリの回転数と無段変速部の変速比とから正入力トルクＴｐを算出するマップである。エンジンの出力トルクを制御するフローチャートである。

符号の説明

１車両用ベルト式無段変速システム
１０クラッチ部
２０ベルト式無段変速部
２１プライマリプーリ
２２セカンダリプーリ
２３Ｖベルト
３０油圧調整部
３１油圧ポンプ
３２ライン圧調整装置
３３プライマリ圧調整装置
３４セカンダリ圧調整装置
３５クラッチ圧調整装置
４０コントロールユニット
４１プライマリプーリ回転速度センサ
４２セカンダリプーリ回転速度センサ
５０トルクコンバータ
６０エンジン
７０駆動輪

Claims

油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、油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を備えたベルト式無段変速手段と、
前記ベルト式無段変速手段にトルクを入力するエンジンと、を備える車両において、
駆動輪のホイールスリップ後の再グリップ時に駆動輪側から前記プライマリプーリに入力される逆入力トルクが生じる走行状態か否かを判定する走行状態判定手段と、
前記ベルト式無段変速手段の変速比を算出する変速比算出手段と、
前記エンジンから前記プライマリプーリに入力される正入力トルクを算出する正入力トルク算出手段と、
算出された前記変速比と前記正入力トルクとに基づいて前記逆入力トルクを算出する逆入力トルク算出手段と、
前記ベルト式無段変速手段に供給する最高油圧を演算し、この最高油圧での前記ベルトのトルク容量を演算するトルク容量演算手段と、
演算した前記ベルトのトルク容量と、前記正入力トルクと逆入力トルクとの合計トルクとを比較するトルク比較手段と、
車両の走行状態が前記逆入力トルクが生じる走行状態で、前記合計トルクが前記ベルトのトルク容量を越える場合には、前記合計トルクが前記ベルトのトルク容量以下となるように前記エンジンの出力トルクを制限するトルク制御手段とを備えたことを特徴とする車両のトルク制御装置。
前記トルク制御手段は、前記無段変速手段の所定の変速比において、前記ベルトのトルク容量と前記合計トルクとが等しくなる前記正入力トルクを算出し、
前記合計トルクが前記ベルトとのトルク容量以上となる場合には、算出した前記正入力トルクを維持するように前記エンジンの出力トルクを制御する請求項１に記載の車両のトルク制御装置。
前記トルク制御手段は、前記合計トルクが前記ベルトのトルク容量を越える場合に、前記合計トルクと前記ベルトのトルク容量との差を演算し、
演算した差に応じて、前記合計トルクが前記ベルトのトルク容量と等しくなるように前記エンジンの出力トルクを制限することを特徴とする請求項１に記載の車両のトルク制御装置。
前記逆入力トルクが生じる走行状態は、オフロード走行状態であることを特徴とする請求項１に記載の車両のトルク制御装置。
前記逆入力トルク算出手段は、前記正入力トルクと前記逆入力トルクと前記合計トルクの関係を示すマップを各変速比ごとに備え、このマップを用いて前記正入力トルクと前記変速比とから前記逆入力トルクを算出することを特徴とする請求項１に記載の車両のトルク制御装置。