JP4644788B2 - トロイダル式ｃｖｔの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、トロイダル式ＣＶＴ（無段変速機）の制御装置に関し、特に、ローラの回転軸と入出力ディスクの回転軸が直交する位置からローラの回転軸をオフセットさせることにより変速比を変更するトロイダル式ＣＶＴの制御装置に関する。

この種のトロイダル式ＣＶＴの制御装置の一例が特開２００３−５６６８５号公報（特許文献１）に開示されている。特許文献１においては、ステップモータによりシフトコントロールバルブのスプールを変位させることで、ローラの回転軸をオフセットさせてローラを傾転させている。その際に、ローラの傾転角とローラ回転軸のオフセット量がカム及びリンクを介してシフトコントロールバルブのスプールへ機械的にフィードバックされることで、ステップモータにより与えたスプールの変位が中立位置へ戻されるように作用する。さらに、ローラ回転軸のオフセット量を算出し、このオフセット量に応じてステップモータへのフィードフォワード制御指令値を補正している。これによって、変速制御の応答性の改善を図っている。

その他にも、特許文献２のトロイダル式ＣＶＴの制御装置が開示されている。

特開２００３−５６６８５号公報 特開２００３−３３６７３２号公報

特許文献１においては、ローラの傾転角とローラ回転軸のオフセット量をカム及びリンクを介してシフトコントロールバルブのスプールに機械的にフィードバックしているが、この機械的フィードバックは、スプールの変位を中立位置へ戻す、すなわちローラ回転軸のオフセット量を０に戻すように作用するため、変速制御の安定性は向上するものの応答性は悪化する。そのため、特許文献１においては、ローラ回転軸のオフセット量に応じてステップモータへのフィードフォワード制御指令値を補正することで、変速制御の応答性の改善を図っている。しかし、基本的なフィードバック制御は、変速制御の応答性を悪化させる方向に作用することに変わりはないため、十分な変速制御の応答性の改善効果は得られない。したがって、特許文献１においては、変速制御の応答性を向上させることが困難であるという問題点がある。

本発明は、変速制御の応答性を向上させることができるトロイダル式ＣＶＴの制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係るトロイダル式ＣＶＴの制御装置は、入出力ディスクとその中間で摩擦係合により入出力ディスク間の動力伝達を行うローラとを有するトロイダル伝動部材と、ローラの回転軸と入出力ディスクの回転軸が直交する位置からローラの回転軸をオフセットさせることにより、ローラの傾転角を変更して変速比を制御する変速制御部と、を有するトロイダル式ＣＶＴの変速制御を行う装置であって、ローラ回転軸の目標オフセット量を算出する目標オフセット量算出手段と、ローラ回転軸のオフセット量を前記目標オフセット量に追従させるためのオフセット量制御指令値を算出するオフセット量制御手段と、を有し、前記変速制御部は、前記オフセット量制御指令値に基づいて変速比を制御し、前記目標オフセット量算出手段は、ローラの傾転方向の慣性モーメントを無視し、入力ディスクと出力ディスクとでローラとの接触部における傾転方向に関するトラクション特性を同一とした場合の、ローラ傾転角とローラ回転軸のオフセット量とを対応付ける近似式を用いて、ローラの目標傾転角及び目標変速比の少なくとも１つに基づいて前記目標オフセット量を算出する。

本発明においては、ローラの傾転方向の慣性モーメントを無視し、入力ディスクと出力ディスクとでローラとの接触部における傾転方向に関するトラクション特性を同一とした場合の、ローラ傾転角とローラ回転軸のオフセット量とを対応付ける近似式を用いて、ローラの目標傾転角及び目標変速比の少なくとも１つに基づいてローラ回転軸の目標オフセット量を算出することにより、ローラの目標傾転角や目標変速比に対して必要なローラ回転軸の目標オフセット量を適切に設定することができる。そして、変速制御時に、ローラ回転軸のオフセット量をこの目標オフセット量に追従させる制御を行うことにより、ローラ傾転角や変速比が目標値に追従するようにローラ回転軸のオフセット量の制御を適切に行うことができるので、本発明によれば、変速制御の応答性を向上させることができる。

本発明に係るトロイダル式ＣＶＴの制御装置において、前記目標オフセット量算出手段は、ローラの目標傾転角及び目標変速比の少なくとも１つと、ローラの目標傾転角速度及び目標変速比の時間変化率の少なくとも１つと、入力ディスク角速度、出力ディスク角速度、及びローラ角速度の少なくとも１つと、に基づいて前記目標オフセット量を算出するものとすることもできる。こうすれば、ローラの目標傾転角や目標変速比に対して必要なローラ回転軸の目標オフセット量を適切に算出することができる。

さらに、本発明に係るトロイダル式ＣＶＴの制御装置では、前記目標オフセット量算出手段は、ローラの目標傾転角をθｒ、ローラの目標傾転角速度をδθｒ、出力ディスク角速度をωｏ、前記目標オフセット量をｘｒ、ローラの半頂角をΘ、キャビティ半径をＲｏ、入力ディスクの回転中心からローラの揺動中心までの距離をキャビティ半径で割った値を１＋ｋ０とすると、
で表される式を用いて前記目標オフセット量を算出する。こうすれば、ローラの目標傾転角に対して必要なローラ回転軸の目標オフセット量を容易に且つ精度よく算出することができる。

あるいは、本発明に係るトロイダル式ＣＶＴの制御装置では、前記目標オフセット量算出手段は、ローラの目標傾転角をθｒ、ローラの目標傾転角速度をδθｒ、入力ディスク角速度をωｉ、前記目標オフセット量をｘｒ、ローラの半頂角をΘ、キャビティ半径をＲｏ、入力ディスクの回転中心からローラの揺動中心までの距離をキャビティ半径で割った値を１＋ｋ０とすると、
で表される式を用いて前記目標オフセット量を算出する。こうすれば、ローラの目標傾転角に対して必要なローラ回転軸の目標オフセット量を容易に且つ精度よく算出することができる。

本発明に係るトロイダル式ＣＶＴの制御装置において、前記オフセット量制御手段は、前記オフセット量制御指令値を、ローラ回転軸のオフセット量と前記目標オフセット量との偏差に基づくフィードバック制御指令値として算出するものとすることもできる。

本発明に係るトロイダル式ＣＶＴの制御装置において、ローラ傾転角を前記目標傾転角に追従させるための傾転角制御指令値を算出する傾転角制御手段を有し、前記変速制御部は、前記オフセット量制御指令値及び前記傾転角制御指令値に基づいて変速比を制御するものとすることもできる。この態様の本発明に係るトロイダル式ＣＶＴの制御装置において、前記傾転角制御手段は、前記傾転角制御指令値を、ローラ傾転角と前記目標傾転角との偏差に基づくフィードバック制御指令値として算出するものとすることもできる。

本発明に係るトロイダル式ＣＶＴの制御装置において、変速比を前記目標変速比に追従させるための変速比制御指令値を算出する変速比制御手段を有し、前記変速制御部は、前記オフセット量制御指令値及び前記変速比制御指令値に基づいて変速比を制御するものとすることもできる。この態様の本発明に係るトロイダル式ＣＶＴの制御装置において、前記変速比制御手段は、前記変速比制御指令値を、変速比と前記目標変速比との偏差に基づくフィードバック制御指令値として算出するものとすることもできる。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

図１には、実施形態に係るトロイダル式ＣＶＴの全体構成が示されている。すなわち、エンジンの回転に基づいて回転される入力軸１０には、２組の入力ディスク３０ａ、３０ｂが結合されている。この入力ディスク３０ａ、３０ｂは、中央に開口が形成され、外側から中央側に向け徐々に突出する形状を有しており、斜面はその軸方向の断面がほぼ円弧状になっている。また、入力ディスク３０ａは、図における左側に位置し、入力ディスク３０ｂは図における右側に位置し、両者とも突出する中央が内側に対向するように位置している。入力ディスク３０ａ、３０ｂのそれぞれには、ほぼ同一形状の出力ディスク４０ａ、４０ｂがそれぞれ対向するように配置されている。すなわち、入力ディスク３０ａと出力ディスク４０ａが対向配置され、入力ディスク３０ｂと出力ディスク４０ｂとが対向配置されている。従って、軸方向の断面では、入力ディスク３０ａと出力ディスク４０ａの斜面が一対の半円を形成し、入力ディスク３０ｂと出力ディスク４０ｂとがもう一対の半円を形成している。

入出力ディスク３０ａ、４０ａの間にはローラ３５ａ−１、３５ａ−２が挟持され、入出力ディスク３０ｂ、４０ｂの間にはローラ３５ｂ−１、３５ｂ−２が挟持されている。すなわち、ローラ３５ａ−１、３５ａ−２、３５ｂ−１、３５ｂ−２は一方側が入力ディスク３０ａ、３０ｂに接触し、他方側が出力ディスク４０ａ、４０ｂに接触し、入力ディスク３０ａ、３０ｂの回転トルクを出力ディスク４０ａ、４０ｂに伝達する。また、ローラ３５ａ−１、３５ａ−２は、それぞれトラニオン３６ａ−１、３６ａ−２によって支持されローラ３５ｂ−１、３５ｂ−２は、それぞれトラニオン３６ｂ−１、３６ｂ−２によって支持されている。このトラニオン３６ａ−１、３６ａ−２、３６ｂ−１、３６ｂ−２は、図における紙面に直角な方向に軸を有し、その軸方向に移動可能でかつその軸を中心として回動可能となっている。また、このトラニオン３６ａ−１、３６ａ−２、３６ｂ−１、３６ｂ−２の軸の半径方向位置が固定されており、ローラ３５ａ−１、３５ａ−２、３５ｂ−１、３５ｂ−２が入出力ディスク３０ａ、４０ａ、３０ｂ、４０ｂから離れないようになっている。

入力軸１０は、油圧押圧（エンドロード）機構２０に接続される。このエンドロード機構２０は、内部に油圧を受け、入力ディスク３０ａ、３０ｂをそれぞれ出力ディスク４０ａ、４０ｂ側に押圧することで、入出力ディスク３０ａ、４０ａ、入出力ディスク３０ｂ、４０ｂ間に狭圧力を生じさせ、これによってローラ３５ａ−１、３５ａ−２、３５ｂ−１、３５ｂ−２をそれぞれ所定の圧力で入出力ディスク３０ａ、４０ａ、３０ｂ、４０ｂ間に挟み込む。これによって、入出力ディスク３０ａ、４０ａ、３０ｂ、４０ｂとローラ間のスリップを防ぎ、トラクション状態を維持する。なお、軸２５は入力軸１０と同一の回転をするものであり、この軸２５によって入力ディスク３０ａ、３０ｂが回転される。また、入力ディスク３０ａ、３０ｂは、軸２５にスラストベアリングを介し連結されており、軸２５の軸方向に移動可能になっている。

出力ディスク４０ａ、４０ｂは、軸２５にベアリングを介し回転可能に支持されている。この出力ディスク４０ａ、４０ｂの間には、出力ギア４５が連結されており、出力ディスク４０ａ、４０ｂと一緒に回転する。出力ギア４５には、カウンターギア６０がかみ合わされており、このカウンターギア６０に出力軸７０が連結されている。従って、出力ディスク４０ａ、４０ｂの回転に伴い、出力軸７０が回転する。

さらに、このトロイダル式ＣＶＴには、油圧ピストン室が設けられており、この油圧ピストン室からの油圧によって、トラニオン３６ａ−１、３６ａ−２、３６ｂ−１、３６ｂ−２のトラニオン軸方向の変位（トラニオンストローク：ローラオフセット量）が制御される。このトラニオン３６ａ−１、３６ａ−２、３６ｂ−１、３６ｂ−２のトラニオンストローク（ローラオフセット量）の制御によって、変速比の変更が行われる。なお、トラニオン３６ａ−１、３６ａ−２のストローク（ローラオフセット量）は、トラニオン３６ａ−１、３６ａ−２の中心を結ぶ線が入出力ディスク３０、４０の中心を通るように相補的に行われ、トラニオン３６ｂ−１、３６ｂ−２のトラニオンストローク（ローラオフセット量）は、トラニオン３６ｂ−１、３６ｂ−２の中心を結ぶ線が入出力ディスク３０、４０の中心を通るように相補的に行われる。

ここで、この変速比の変更について、図２に基づいて説明する。なお、この図２は、入力ディスク３０を出力ディスク４０の方から見た図であり、入力ディスク３０とローラ３５をそれぞれ１つだけ示している。図２（ａ）は、ローラ３５が変位していない（トラニオンストローク＝０）の場合を示しており、ローラ３５の回転軸は、入力ディスク３０の中心を通る。そして、変速する場合には、トラニオン３６をその軸方向にオフセットさせる。例えば、図２（ｂ）に示すように、入力ディスク３０が回転してくる方向（図における上側）にオフセットさせる。これによって、ローラ３５には、移動した場所における入力ディスク３０の円周方向の力がかかり、ローラ３５は入力ディスク３０の周辺側に移動する力（傾転の力）がかかる。そして、ローラ３５のオフセット量（トラニオンストローク）が０に戻ったときには、ローラ３５の入力ディスク３０と接触する位置が半径方向外側に変位している。これによって、ローラ３５の出力ディスク４０との接触位置は半径方向内側に変位し、変速比が変化する（アップシフトする）。なお、図における下方向（入力ディスクが遠ざかる側）にトラニオン３６をオフセットさせることで、トラニオン３６は反対方向に傾転し、ダウンシフトが行われる。

図３には、この変速比制御のための構成が示されている。なお、図３においては、１つの入力ディスク３０と、２つのローラ３５−１、３５−２と、２つのトラニオン３６−１、３６−２を示している。

このように、油圧ピストン室５０は、トラニオン３６−１、３６−２に相補的な動作をさせるために一対のピストン室５０−１、５０−２を有している。そして、このピストン室５０−１、５０−２には、流量制御弁５２が接続されており、この流量制御弁５２の制御によって油圧ピストン室５０−１、５０−２への供給油量が制御され、トラニオン３６−１、３６−２のストローク（ローラオフセット量）を制御する。

そして、トラニオン３６の傾転角θを傾転角センサ３７で検出し、ストロークｘをストロークセンサ３８で検出し、コントローラ８０に供給する。ここで、ローラ３５と入出力ディスク３０、４０の接触位置が分かれば、変速比と傾転角の関係は、幾何学形状だけで決まる対応関係にある。したがって、傾転角θを検出することで、変速比を検出することができる。また、傾転角センサ３７により傾転角θを検出する代わりに、入力軸回転数と出力軸回転数から求められる変速比に対応する傾転角を求めることによっても、傾転角θを取得することができる。

コントローラ８０には、アクセル開度、車速についての情報も供給されており、コントローラ８０は、アクセル開度及び車速に基づいて目標変速比に対応した目標傾転角θｒを決定し、この目標傾転角θｒと傾転角センサ３７によって検出した傾転角θとの偏差に基づいて流量指令値を算出する。そして、この流量指令値によって流量制御弁５２を駆動制御することで、トラニオン３６のストロークｘを制御する。これによって、傾転角θが目標傾転角θｒに追従するように、変速比制御が行われる。そして、本実施形態では、ストロークセンサ３８により検出したストロークｘが目標ストロークｘｒに追従するようにストロークｘの制御もあわせて行う。

図４には、コントローラ８０における変速制御のための構成が示されている。図４に示すように、コントローラ８０は、減算器８１、８４と、傾転角制御手段８２と、目標オフセット量算出手段８３と、オフセット量制御手段８５と、加算器８６と、を有している。

前述のようにアクセル開度及び車速に基づいて目標傾転角θｒが決定され、目標傾転角θｒは減算器８１に入力される。減算器８１には、傾転角センサ３７によって検出した傾転角θも入力される。そして、減算器８１は、目標傾転角θｒと検出傾転角θとの偏差Δθを算出して出力する。

傾転角制御手段８２には、減算器８１にて算出された偏差Δθが入力される。そして、傾転角制御手段８２は、この偏差Δθに所定のフィードバックゲインＣθを乗じることで、傾転角制御指令値Ｃθ×Δθを算出して出力する。このように、傾転角制御手段８２は、検出傾転角θを目標傾転角θｒに追従させるための傾転角制御指令値Ｃθ×Δθを、偏差Δθに基づくフィードバック制御指令値として算出する。

目標オフセット量算出手段８３には、目標傾転角θｒ、及び図示しないセンサにより検出した出力ディスク４０の角速度ωｏが入力される。そして、目標オフセット量算出手段８３は、ローラ傾転角θとローラ回転軸のオフセット量（トラニオン３６のストローク）ｘとを対応付けるローラ３５の傾転運動方程式の近似式を用いて、目標傾転角θｒに基づいてローラ回転軸の目標オフセット量（トラニオン３６の目標ストローク）ｘｒを算出して出力する。なお、ローラ回転軸の目標オフセット量ｘｒの算出に用いる近似式の詳細については後述する。

減算器８４には、目標オフセット量算出手段８３にて算出された目標オフセット量ｘｒ、及びストロークセンサ３８により検出したローラ回転軸のオフセット量ｘが入力される。そして、減算器８４は、ローラ回転軸の目標オフセット量ｘｒと検出オフセット量ｘとの偏差Δｘを算出して出力する。

オフセット量制御手段８５には、減算器８４にて算出された偏差Δｘが入力される。そして、オフセット量制御手段８５は、この偏差Δｘに所定のフィードバックゲインＣｘを乗じることで、オフセット量制御指令値Ｃｘ×Δｘを算出して出力する。このように、オフセット量制御手段８５は、検出オフセット量ｘを目標オフセット量ｘｒに追従させるためのオフセット量制御指令値Ｃｘ×Δｘを、偏差Δｘに基づくフィードバック制御指令値として算出する。

加算器８６には、傾転角制御手段８２にて算出された傾転角制御指令値Ｃθ×Δθ、及びオフセット量制御手段８５にて算出されたオフセット量制御指令値Ｃｘ×Δｘが入力される。そして、加算器８６は、傾転角制御指令値Ｃθ×Δθとオフセット量制御指令値Ｃｘ×Δｘとの和を算出して出力する。この加算器８６から出力される制御指令値Ｃθ×Δθ＋Ｃｘ×Δｘが流量制御弁１０８の駆動制御を行うための制御指令値として流量制御弁１０８に供給される。そして、加算器８６から出力される制御指令値Ｃθ×Δθ＋Ｃｘ×Δｘに基づいて流量制御弁１０８の駆動制御が行われることで、トロイダル式ＣＶＴ１１０内のトラニオン３６の駆動制御が行われ、変速比の制御が行われる。

なお、特開２００３−３３６７３２号公報（特許文献２）に開示されているように、フィードバックゲインＣθ，Ｃｘについては、トロイダル式ＣＶＴ１１０の運転条件に応じて変更してもよい。例えば、入出力ディスク押圧力（あるいは入力トルク）、入力回転数、及び傾転角（あるいは変速比）のいずれか１つ以上に基づいて、フィードバックゲインＣθ，Ｃｘを変更してもよい。

また、傾転角制御手段８２及びオフセット量制御手段８５については、比例項によるフィードバック制御指令値を算出する場合を説明したが、積分項や微分項も考慮したフィードバック制御指令値を算出してもよい。あるいは、Ｈ^∞制御等の動的な制御器によって導いたフィードバック制御指令値を算出してもよい。

前述したように、本実施形態の変速制御においては、ローラ傾転角θとローラ回転軸のオフセット量ｘとを対応付けるローラ３５の傾転運動方程式の近似式を用いて、ローラ回転軸の目標オフセット量ｘｒを算出する。以下、この近似式の導出について説明する。

図５は、図２右側の図と同じで、入力ディスクとローラ１個のみを示している。なお、以下の説明において、パラメータ名の添え字「ｉ」は入力ディスク側を示し、添え字「ｏ」は出力ディスク側を示す。そして、変数の時間微分については、その変数の上にドットを付けて表す。

入力ディスク３０の回転中心軸とローラの回転中心軸が直交する位置からオフセットした場合、接触点（厳密には接触面の重心位置）において、入力ディスク３０からローラ３５に働く力は、ローラ３５の傾転方向とある角度を持つディスク回転方向力Ｆｄｉとして作用する。したがって、ローラ３５にはその回転方向である駆動力Ｆｔｉと、この駆動力Ｆｔｉと直交する傾転力Ｆθｉが作用することになる。

トラニオンの傾転（変速）方向の運動方程式は図５に示すディスク回転方向力Ｆｄｉと傾転力Ｆθｉとの関係と図６でトラニオン中心周りの回転モーメントＩを考えることにより（１）式のようにかける。

ここで、Ｆθｉ：入力側傾転力、Ｆθｏ：出力側傾転力、Ｆｄｉ：入力ディスク回転方向力、Ｆｄｏ：出力ディスク回転方向力、Ｒｏ：キャビティ半径（ローラの傾転中心から接触点までの距離）、ηｉ：入力ディスクの中心とローラの揺動中心を結ぶ直線の入力ディスクの規定方向（図においては中心から左方に向く方向）から時計回りで測った角度（図５参照）、ηｏ：ηｉと同様の角度、Ｆｃｉ：入力ディスク接触点の法線力、Ｆｃｏ：出力ディスク接触点の法線力、Ｓｃｉ：入力側傾転方向すべり率、Ｓｃｏ：出力側傾転方向すべり率、μｉ：入力側トラクション係数、μｏ：出力側トラクション係数、θ：傾転角である。

接触点の法線力は入出力とも同じであり、（２）式で表すことができる。

Ｆｃｉ＝Ｆｃｏ＝Ｆａ／（ｎｒｃ・ｓｉｎ（Θ＋θ）） （２）

ここで、Ｆａ：エンドロード（挟圧力）、ｎｒｃ：１キャビティ内ローラ数、Θ：ローラ揺動中心からみた入力ディスクとの接触点および出力ディスクとの接触点の角度の１／２、すなわちローラの半頂角（図６参照）である。

（２）式を（１）式に代入すると、（３）式が得られる。

ここで、トラクション係数μは、図７のトラクション特性で表されるように、すべり率Ｓｄの増加に伴い傾きΔμで上昇し、μｍａｘに至る直前から山なりになり、μｍａｘで、極大となってその後徐々に減少する。したがって、実使用域でのトラクション係数μは線形で表すことができる。さらに、（３）式において、Ｉ：微小（≒０）、μｉ≒μｏと考えることができる。すなわち、本実施形態では、ローラ３５の傾転方向の慣性モーメントを無視し、ディスクとローラ３５との接触部における傾転方向に関するトラクション特性が入力ディスク側と出力ディスク側とで同一と考える。

つまり、
μｉ（Ｓｃｉ）≒ΔμＳｃｉ、μｏ（Ｓｃｏ）≒ΔμＳｃｏ （４） とすると（４２）式は、
Δμ（Ｓｃｉ＋Ｓｃｏ）＝０ ⇒ Ｓｃｉ＋Ｓｃｏ＝０ （５） となる。ここで、入出力側傾転方向すべり率Ｓｃｉ、Ｓｃｏは、それぞれ（６）、（７）式で表すことができる。

ここで、ｒｉ：入力ディスク接触点回転半径、ｒｏ：出力ディスク接触点回転半径、ωｉ：入力ディスク角速度、ωｏ：出力ディスク角速度、ωｒ：ローラ角速度、Ｒｒ：ローラ回転半径（＝ＲｏｓｉｎΘ）である。

さらに、（６）、（７）式を（５）式に代入して以下の通り式展開すると（８）式を導くことができる。

入出力接触点でのすべりが微小とすると、ｒｉωｉ≒ｒｏωｏ≒Ｒｒωｒとおけるので、

のように表すことができる。

また、図８に示すように接触点を通りディスク回転軸に直交する面で考えると、トラニオンのストロークｘによる入出力ディスクとローラの接触点のストロークｘｉ、ｘｏは（９）式で表すことができる。

ここで、ｘ：ローラ回転中心オフセット量、ｘｉ：入力ディスク接触点オフセット量、ｘｏ：出力ディスク接触点オフセット量、ｋ０＝Ｅｏ／Ｒｏ、Ｅｏ：入力ディスクの回転中心から入力ディスクの最下点までの距離、すなわち入力ディスクの回転中心からローラの揺動中心までの距離からキャビティ半径Ｒｏを減算した距離（図６参照）である。したがって、入力ディスクの回転中心からローラの揺動中心までの距離がＥｏ＋Ｒｏとなり、距離Ｅｏ＋Ｒｏをキャビティ半径Ｒｏで割った値が１＋ｋ０となる。

また、ｓｉｎηｉ、ｓｉｎηｏは、図８の関係から（１０）式となる。

さらに、出力ディスク接触点回転半径ｒｏは、（１１）式で表すことができる。

（１０）、（１１）式を（８）式に代入すると、（１２）式

となり、ｓｉｎ（Θ＋θ） ＋ ｓｉｎ（Θ−θ） ＝ ２ ｓｉｎΘ ｃｏｓθより、（１３）式のように傾転角θとローラ回転軸のオフセット量（トラニオン３６のストローク）ｘとを対応付ける近似式を導出できる。

（１３）式で導かれるローラ回転軸のオフセット量ｘを実データで検証した結果を図９に示す。特許文献１に示されている式を用いて算出されるオフセット量（先願）に比べて、（１３）式を用いて算出されるオフセット量（本願）が実オフセット量とよく一致していることがわかる。

したがって、本実施形態においては、目標オフセット量算出手段８３は、目標傾転角θｒ、目標傾転角速度、出力ディスク角速度ωｏを以下の（１４）式に代入する演算を行うことで、ローラ回転軸の目標オフセット量（トラニオン３６の目標ストローク）ｘｒを算出する。ここで、目標傾転角速度（（１４）式ではθｒの上にドットを付けて表す）については、例えば目標傾転角θｒの差分値により算出することができる。

また、入力ディスク接触点回転半径ｒｉは、（１５）式で表すことができる。

ｒｉωｉ≒ｒｏωｏ≒Ｒｒωｒであるため、（８）式におけるｒｏωｏをｒｉωｉに置き換えた式に、（１０）、（１５）式を代入することで、以下の（１６）式を得ることができる。

したがって、目標オフセット量算出手段８３は、目標傾転角θｒ、目標傾転角速度、及び入力ディスク角速度ωｉ（例えば図示しないセンサにより検出）を以下の（１７）式に代入する演算を行うことによっても、ローラ回転軸の目標オフセット量ｘｒを算出することができる。なお、（１７）式においても、目標傾転角速度をθｒの上にドットを付けて表している。

また、（８）式におけるｒｏωｏをＲｒωｒ（＝ＲｏωｒｓｉｎΘ）に置き換えた式に、（１０）式を代入することで、以下の（１８）式を得ることができる。

したがって、目標オフセット量算出手段８３は、目標傾転角θｒ、目標傾転角速度、及びローラ角速度ωｒ（例えば図示しないセンサにより検出）を以下の（１９）式に代入する演算を行うことによっても、ローラ回転軸の目標オフセット量ｘｒを算出することができる。なお、（１９）式においても、目標傾転角速度をθｒの上にドットを付けて表している。

さらに、目標オフセット量算出手段８３は、（１４）、（１７）、（１９）式を単独で用いてローラ回転軸の目標オフセット量ｘｒを算出するだけでなく、例えば（１４）、（１７）式を用いて算出した目標オフセット量ｘｒの平均値をとる等、（１４）、（１７）、（１９）式のうち複数の式を用いてローラ回転軸の目標オフセット量ｘｒを算出してもよい。

前述したように、特許文献１におけるローラ回転軸のオフセット量の機械的フィードバックは、ローラ回転軸のオフセット量を０に戻すように作用する。したがって、特許文献１では、ローラ傾転角を目標傾転角に追従させるために必要なローラ回転軸のオフセット量のフィードバック制御を適切に行えていないため、変速制御の安定性は向上するものの応答性は悪化する。

これに対して、本実施形態においては、ローラ傾転角θとローラ回転軸のオフセット量ｘとを対応付けるローラ３５の傾転運動方程式の近似式を用いてローラ回転軸の目標オフセット量ｘｒを算出することにより、ローラ傾転角θを目標傾転角θｒに追従させるために必要なローラ回転軸の目標オフセット量ｘｒをフィードフォワード的に算出することができる。そして、変速制御時に、ローラ回転軸のオフセット量ｘをこのフィードフォワード的に算出した目標オフセット量ｘｒに追従させる制御を行うことにより、ローラ傾転角θが目標傾転角θｒに追従するようにローラ回転軸のオフセット量ｘの制御を適切に行うことができる。したがって、本実施形態によれば、変速制御の応答性を向上させることができる。

そして、本実施形態においては、適切な目標オフセット量ｘｒの設定により、ローラ回転軸のオフセット量ｘを適切に管理することができるので、効率、安定性、及び耐久性を制御系の設計段階から管理することができる。

さらに、本実施形態においては、（１４）、（１７）、または（１９）式で表されるローラ３５の傾転運動方程式の近似式を用いてローラ回転軸の目標オフセット量ｘｒを算出することにより、ローラ傾転角θを目標傾転角θｒに追従させるために必要なローラ回転軸の目標オフセット量ｘｒを容易に且つ精度よく算出することができる。したがって、変速制御の応答性をさらに向上させることができる。

また、前述したように、特許文献１では、ローラ回転軸のオフセット量に応じてアクチュエータ（ステップモータ）へのフィードフォワード制御指令値を補正しているが、同じ補正を行ったとしてもトロイダル式ＣＶＴの運転条件やアクチュエータ系の応答特性等の制御系の変化によりローラ回転軸のオフセット量にばらつきが発生する。これに対して、本実施形態においては、（１４）、（１７）、または（１９）式で表されるローラ３５の傾転運動方程式の近似式を用いてローラ回転軸の目標オフセット量ｘｒを算出することで、トロイダル式ＣＶＴの運転条件に応じた目標オフセット量ｘｒを適切に算出することができる。そして、この目標オフセット量ｘｒと検出オフセット量ｘとの偏差Δｘに基づくオフセット量制御指令値によりローラ回転軸のオフセット量ｘの電子的フィードバック制御を行うことで、トロイダル式ＣＶＴの運転条件やアクチュエータ系の応答特性等の制御系の変化に適応しながら変速制御の応答性を向上させることができる。さらに、ローラ３５の目標傾転角θｒと検出傾転角θとの偏差Δθに基づく傾転角制御指令値によりローラ傾転角θの電子的フィードバック制御指令値も行うことで、トロイダル式ＣＶＴの運転条件やアクチュエータ系の応答特性等の制御系の変化に対する適応性をさらに向上させることができる。

本実施形態の変速制御による応答性の改善効果を図１０に示す。図１０は、傾転角のフィードバック制御とともに目標オフセット量ｘｒを０に設定したトラニオンストロークのフィードバック制御も行う従来の変速制御と、本実施形態の変速制御とを比較する実験結果を示す。図１０に示すように、目標オフセット量ｘｒを０に設定する従来の変速制御より目標傾転角θｒに対する実際の傾転角θの追従性が改善されていることがわかる。そして、従来の変速制御よりトラニオン３６のストロークｘが早期に０に収束していることがわかる。また、本実施形態の変速制御によって、傾転角θがオーバーシュートしたり、ストロークｘが大きく振動することもない。したがって、本実施形態の変速制御によって、応答性及び安定性を向上させることができ、応答性及び安定性を両立させることができる。

以上の説明においては、目標傾転角θｒを設定し、目標傾転角θｒと検出傾転角θとの偏差Δθに基づいて傾転角制御指令値を算出する場合について説明した。ただし、目標傾転角θｒに代わりに目標変速比Ｇｒを設定してもよい。その場合は、傾転角制御手段８２の代わりに、変速比Ｇを目標変速比Ｇｒに追従させるための変速比制御指令値を算出して加算器８６へ出力する変速比制御手段を設ける。変速比制御手段は、目標変速比Ｇｒと変速比Ｇ（例えば図示しないセンサにより検出した入力ディスク角速度ωｉ及び出力ディスク角速度ωｏから算出）との偏差ΔＧに基づいて変速比制御指令値（フィードバック制御指令値）を算出する。そして、変速比制御指令値及びオフセット量制御指令値に基づいて流量制御弁１０８の駆動制御が行われることで、変速比が制御される。

ここで、傾転角θと変速比Ｇ（＝ωｉ／ωｏ）の関係は、図１１に示す関係にあり、多項式（例えば２次）で（２０）式のように表すことができる。

この（２０）式を時間微分すると、以下の（２１）式が得られる。

したがって、目標変速比Ｇｒを設定する場合、目標オフセット量算出手段８３は、以下に示す（２２）、（２３）式、及び前述の（１４）式を用いて、目標変速比Ｇｒ、目標変速比Ｇｒの時間変化率、及び出力ディスク角速度ωｏに基づいてローラ回転軸の目標オフセット量ｘｒを算出することができる。ここで、目標変速比Ｇｒの時間変化率（（２３）式ではＧｒの上にドットを付けて表す）については、例えば目標変速比Ｇｒの差分値により算出することができる。

また、目標オフセット量算出手段８３は、（２２）、（２３）式、及び前述の（１７）式を用いて、目標変速比Ｇｒ、目標変速比Ｇｒの時間変化率、及び入力ディスク角速度ωｉに基づいてローラ回転軸の目標オフセット量ｘｒを算出することもできる。また、目標オフセット量算出手段８３は、（２２）、（２３）式、及び前述の（１９）式を用いて、目標変速比Ｇｒ、目標変速比Ｇｒの時間変化率、及びローラ角速度ωｒに基づいてローラ回転軸の目標オフセット量ｘｒを算出することもできる。このように、目標オフセット量算出手段８３は、目標傾転角θｒ及び目標傾転角速度に基づいてローラ回転軸の目標オフセット量ｘｒを算出するだけでなく、目標変速比Ｇｒ及びその時間変化率に基づいてローラ回転軸の目標オフセット量ｘｒを算出することもできる。

また、以上の説明においては、オフセット量制御手段８５が、ローラ回転軸の目標オフセット量ｘｒと検出オフセット量ｘとの偏差Δｘに基づいてフィードバック制御指令値を算出する場合について説明した。ただし、本実施形態においては、目標オフセット量ｘｒとオフセット量制御指令値との関係、または目標オフセット量ｘｒの時間変化率（例えば目標オフセット量ｘｒの差分値により算出）とオフセット量制御指令値との関係を示す制御マップをコントローラ８０内に予め記憶しておき、オフセット量制御手段８５は、この制御マップを用いて目標オフセット量ｘｒまたはその時間変化率に対応するオフセット量制御指令値を算出してもよい。すなわち、オフセット量制御指令値をフィードフォワード制御指令値として算出してもよく、フィードフォワード制御によってもローラ回転軸のオフセット量ｘを目標オフセット量ｘｒに追従させる制御を行うことができ、変速制御の応答性を向上させることができる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

実施形態のトロイダル式ＣＶＴの構成を示す図である。 変速メカニズムを示す図である。 トラニオンストロークおよび傾転角制御の構成を示す図である。 コントローラにおける変速制御のための構成を示す図である。 ローラ・ディスク間に働く力を説明する図である。 ローラの傾転角などを示す図である。 すべり率とトラクション係数の関係を示す図である。 ローラのオフセット量について説明する図である。 トラニオンストロークの算出結果を示す図である。 従来の変速制御と実施形態の変速制御とを比較する実験結果を示す図である。 傾転角と変速比の関係を示す図である。

符号の説明

１０ 入力軸、２０ エンドロード機構、３０（３０ａ，３０ｂ） 入力ディスク、３５（３５ａ−１，３５ａ−２，３５ｂ−１，３５ｂ−２） ローラ、３６（３６ａ−１，３６ａ−２，３６ｂ−１，３６ｂ−２） トラニオン、４０（４０ａ，４０ｂ） 出力ディスク、４５ 出力ギア、６０ カウンターギア、７０ 出力軸、８０ コントローラ、８１，８４ 減算器、８２ 傾転角制御手段、８３ 目標オフセット量算出手段、８５ オフセット量制御手段、８６ 加算器。

Claims (7)

1. 入出力ディスクとその中間で摩擦係合により入出力ディスク間の動力伝達を行うローラとを有するトロイダル伝動部材と、ローラの回転軸と入出力ディスクの回転軸が直交する位置からローラの回転軸をオフセットさせることにより、ローラの傾転角を変更して変速比を制御する変速制御部と、を有するトロイダル式ＣＶＴの変速制御を行う装置であって、
   ローラ回転軸の目標オフセット量を算出する目標オフセット量算出手段と、
   ローラ回転軸のオフセット量を前記目標オフセット量に追従させるためのオフセット量制御指令値を算出するオフセット量制御手段と、
   を有し、
   前記変速制御部は、前記オフセット量制御指令値に基づいて変速比を制御し、
   前記目標オフセット量算出手段は、
   ローラの目標傾転角をθｒ、ローラの目標傾転角速度をδθｒ、出力ディスク角速度をωｏ、前記目標オフセット量をｘｒ、ローラの半頂角をΘ、キャビティ半径をＲｏ、入力ディスクの回転中心からローラの揺動中心までの距離をキャビティ半径で割った値を１＋ｋ０とすると、
   ローラの傾転方向の慣性モーメントを無視し、入力ディスクと出力ディスクとでローラとの接触部における傾転方向に関するトラクション特性を同一とした場合の、ローラ傾転角とローラ回転軸のオフセット量とを対応付ける近似式である、
   で表される式を用いて、ローラの目標傾転角及び目標変速比の少なくとも１つに基づいて前記目標オフセット量を算出することを特徴とするトロイダル式ＣＶＴの制御装置。
2. 入出力ディスクとその中間で摩擦係合により入出力ディスク間の動力伝達を行うローラとを有するトロイダル伝動部材と、ローラの回転軸と入出力ディスクの回転軸が直交する位置からローラの回転軸をオフセットさせることにより、ローラの傾転角を変更して変速比を制御する変速制御部と、を有するトロイダル式ＣＶＴの変速制御を行う装置であって、
   ローラ回転軸の目標オフセット量を算出する目標オフセット量算出手段と、
   ローラ回転軸のオフセット量を前記目標オフセット量に追従させるためのオフセット量制御指令値を算出するオフセット量制御手段と、
   を有し、
   前記変速制御部は、前記オフセット量制御指令値に基づいて変速比を制御し、
   前記目標オフセット量算出手段は、
   ローラの目標傾転角をθｒ、ローラの目標傾転角速度をδθｒ、入力ディスク角速度をωｉ、前記目標オフセット量をｘｒ、ローラの半頂角をΘ、キャビティ半径をＲｏ、入力ディスクの回転中心からローラの揺動中心までの距離をキャビティ半径で割った値を１＋ｋ０とすると、
   ローラの傾転方向の慣性モーメントを無視し、入力ディスクと出力ディスクとでローラとの接触部における傾転方向に関するトラクション特性を同一とした場合の、ローラ傾転角とローラ回転軸のオフセット量とを対応付ける近似式である、
   で表される式を用いて、ローラの目標傾転角及び目標変速比の少なくとも１つに基づいて前記目標オフセット量を算出することを特徴とするトロイダル式ＣＶＴの制御装置。
3. 請求項１または２に記載のトロイダル式ＣＶＴの制御装置であって、
   前記オフセット量制御手段は、前記オフセット量制御指令値を、ローラ回転軸のオフセット量と前記目標オフセット量との偏差に基づくフィードバック制御指令値として算出することを特徴とするトロイダル式ＣＶＴの制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１に記載のトロイダル式ＣＶＴの制御装置であって、
   ローラ傾転角を前記目標傾転角に追従させるための傾転角制御指令値を算出する傾転角制御手段を有し、
   前記変速制御部は、前記オフセット量制御指令値及び前記傾転角制御指令値に基づいて変速比を制御することを特徴とするトロイダル式ＣＶＴの制御装置。
5. 請求項４に記載のトロイダル式ＣＶＴの制御装置であって、
   前記傾転角制御手段は、前記傾転角制御指令値を、ローラ傾転角と前記目標傾転角との偏差に基づくフィードバック制御指令値として算出することを特徴とするトロイダル式ＣＶＴの制御装置。
6. 請求項１〜３のいずれか１に記載のトロイダル式ＣＶＴの制御装置であって、
   変速比を前記目標変速比に追従させるための変速比制御指令値を算出する変速比制御手段を有し、
   前記変速制御部は、前記オフセット量制御指令値及び前記変速比制御指令値に基づいて変速比を制御することを特徴とするトロイダル式ＣＶＴの制御装置。
7. 請求項６に記載のトロイダル式ＣＶＴの制御装置であって、
   前記変速比制御手段は、前記変速比制御指令値を、変速比と前記目標変速比との偏差に基づくフィードバック制御指令値として算出することを特徴とするトロイダル式ＣＶＴの制御装置。