JP4889757B2 - ベルト式無段変速機及びその変速制御方法 - Google Patents

ベルト式無段変速機及びその変速制御方法 Download PDF

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Description

本発明はベルト式無段変速機におけるプーリのクランプ力の制御に関する。
プライマリプーリとセカンダリプーリとにベルトを掛け回し、プライマリプーリ及びセカンダリプーリの各プーリ幅を変化させることで変速動作を行うベルト式無段変速機が知られている。各プーリのプーリ幅は各プーリのクランプ力によって変化し、必要なクランプ力は、入力トルクやベルト巻き付き半径などに基づいて演算される。さらに当該クランプ力には一定値である所定の安全率を乗じておくことで、入力されるトルクに対して余裕をもった値に設定され、これによりベルト滑りを防止することが知られている。また、特許文献1には上記安全率を一定値ではなく、変速比がロー側であるほど大きな値に設定することでLow側でのベルト滑りを防止することが記載されている。
特開平10−30698号公報
しかし、上記従来の技術ではプーリのクランプ力が所定の安全率を乗じて演算されるので、その分各プーリへの供給油圧が高く設定され、必要ライン圧が高くなる。これにより油圧ポンプの負荷が増大して燃費が悪化する。また、上記安全率を必要以上に低くするとプーリのクランプ力が不足してベルト滑りが生じるおそれがある。
本発明は、ベルト滑りが生じない範囲内でプーリのクランプ力を低下させることを目的とする。
本発明は、プーリ幅をそれぞれ変更可能なプライマリプーリ及びセカンダリプーリと、各プーリに掛け回されるベルトとを有し、プーリ幅が変化することで各プーリとベルトとの接触半径が変化して変速比が変化する無段変速機構と、各プーリをプーリ幅が縮小する方向に付勢するプーリ推力を、所定の余裕代を含むように演算するプーリ推力演算手段と、演算されたプーリ推力に基づいて各プーリへ供給する油圧を制御する油圧制御手段とを備えるベルト式無段変速機において、変速比を低下させるアップシフト中であるか否かを判定するアップシフト判定手段を備え、プーリ推力演算手段は、アップシフト中であると判定されたとき、所定の余裕代をアップシフト中であると判定されていないときより小さくし、アップシフト中であると判定されたときの変速比が高いほど所定の余裕代の低下量を大きくすることを特徴とする。
また本発明は、プーリ幅をそれぞれ変更可能なプライマリプーリ及びセカンダリプーリと、各プーリに掛け回されるベルトとを有し、プーリ幅が変化することで各プーリとベルトとの接触半径が変化して変速比が変化するベルト式無段変速機の変速制御方法において、各プーリをプーリ幅が縮小する方向に付勢するプーリ推力を、所定の余裕代を含むように演算することと、演算されたプーリ推力に基づいて各プーリへ供給する油圧を制御することと、変速比を低下させるアップシフト中であるか否かを判定することと、アップシフト中であると判定されたとき、所定の余裕代をアップシフト中であると判定されていないときより小さくし、アップシフト中であると判定されたときの変速比が高いほど所定の余裕代の低下量を大きくすることとを含むことを特徴とする。
本発明によれば、アップシフト中であると判定されたときにプーリ推力の余裕代をアップシフト中でないときより小さくするので、ベルト保持に必要なプーリ推力を下げることができるアップシフト時にプーリ推力をより低い値に設定することができ、ベルト滑りが生じない範囲内でプーリ推力を低下させることができる。
本実施形態におけるベルト式無段変速機を示す概略構成図である。 油圧コントロールユニット及びCVTCUの概念図である。 本実施形態におけるベルト式無段変速機の制御を示すフローチャートである。 プーリ比とバランス推力比との関係を示すマップである。 本実施形態におけるベルト式無段変速機の制御を示すフローチャートである。 プーリ比と安全率との関係を示すマップである。 本実施形態におけるベルト式無段変速機の作用を示すタイムチャートである。
以下では図面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は本実施形態におけるベルト式無段変速機のライン圧制御装置を示す概略構成図である。ベルト式無段変速機10は、プライマリプーリ11と、セカンダリプーリ12と、Vベルト13と、CVTコントロールユニット20(以下「CVTCU」という)と、油圧コントロールユニット30とを備える。
プライマリプーリ11は、このベルト式無段変速機10にエンジン1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11は、入力軸11d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、プライマリプーリシリンダ室11cへ作用する油圧によって軸方向へ変位可能な可動円錐板11aとを備える。プライマリプーリ11は、前後進切り替え機構3、ロックアップクラッチを備えたトルクコンバータ2を介してエンジン1に連結され、エンジン1の回転を入力する。プライマリプーリ11の回転速度は、プライマリプーリ回転速度センサ26によって検出される。
Vベルト13は、プライマリプーリ11及びセカンダリプーリ12に巻き掛けられ、プライマリプーリ11の回転をセカンダリプーリ12に伝達する。
セカンダリプーリ12は、Vベルト13によって伝達された回転をディファレンシャル4に出力する。セカンダリプーリ12は、出力軸12dと一体となって回転する固定円錐板12bと、この固定円錐板12b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12cへ作用する油圧に応じて軸方向へ変位可能な可動円錐板12aとを備える。なお、セカンダリプーリシリンダ室12cの受圧面積は、プライマリプーリシリンダ室11cの受圧面積と略等しく設定されている。
セカンダリプーリ12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4を連結しており、このディファレンシャル4に回転を出力する。セカンダリプーリ12の回転速度は、セカンダリプーリ回転速度センサ27によって検出される。なお、このセカンダリプーリ12の回転速度から車速を算出することができる。
CVTCU20は、インヒビタスイッチ23、アクセルペダルストローク量センサ24、油温センサ25、プライマリプーリ回転速度センサ26、セカンダリプーリ回転速度センサ27等からの信号や、エンジンコントロールユニット21からの入力トルク情報に基づいて、変速比や接触摩擦力を決定し、油圧コントロールユニット30に指令を送信して、ベルト式無段変速機10を制御する。
油圧コントロールユニット30は、CVTCU20からの指令に基づいて応動する。油圧コントロールユニット30は、プライマリプーリ11及びセカンダリプーリ12に対する供給油圧を制御して可動円錐板11a及び可動円錐板12aを回転軸方向に移動させる。
可動円錐板11a及び可動円錐板12aが移動するとプーリ溝幅が変化する。すると、Vベルト13が、プライマリプーリ11及びセカンダリプーリ12上で移動する。これによって、Vベルト13のプライマリプーリ11及びセカンダリプーリ12に対する接触半径が変わり、変速比及びVベルト13の接触摩擦力がコントロールされる。
エンジン1の回転は、トルクコンバータ2、前後進切り替え機構3を介してベルト式無段変速機10へ入力され、プライマリプーリ11からVベルト13、セカンダリプーリ12を介してディファレンシャル4へ伝達される。
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11の可動円錐板11a及びセカンダリプーリ12の可動円錐板12aを軸方向へ変位させて、Vベルト13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。
図2は油圧コントロールユニット及びCVTCUの概念図である。
油圧コントロールユニット30は、レギュレータバルブ31と、変速制御弁32と、減圧弁33とを備え、油圧ポンプ34から供給される油圧を制御してプライマリプーリ11及びセカンダリプーリ12に供給する。
レギュレータバルブ31は、ソレノイドを有し、油圧ポンプ34から圧送された油の圧力を、CVTCU20からの指令(例えば、デューティ信号など)に応じて所定のライン圧に調圧する調圧弁である。
油圧ポンプ34から供給され、レギュレータバルブ31によって調圧されたライン圧は、変速制御弁32と、減圧弁33にそれぞれ供給される。
変速制御弁32は、プライマリプーリシリンダ室11cの油圧(以下「プライマリ圧」という)を所望の目標圧となるよう制御する制御弁である。変速制御弁32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11の可動円錐板11aから溝幅、つまり実変速比のフィードバックを受ける。変速制御弁32は、スプール32aの変位によってプライマリプーリシリンダ室11cへの油圧の吸排を行って、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32aを閉弁位置に保持する。
減圧弁33は、ソレノイドを備え、セカンダリプーリシリンダ室12cへの供給圧(以下「セカンダリ圧」という)を所望の目標圧に制御する制御弁である。
プライマリプーリ11及びセカンダリプーリ12の変速比は、CVTCU20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32のスプール32aが駆動され、変速制御弁32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11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。
CVTCU20は、インヒビタスイッチ23からのレンジ信号、アクセルペダルストローク量センサ24からのアクセルペダルストローク量、油温センサ25からのベルト式無段変速機10の油温や、プライマリプーリ速度センサ26、セカンダリプーリ速度センサ27、油圧センサ29からの信号等を読み込んで変速比やVベルト13の接触摩擦力を可変制御する。なお、油圧センサ29は、セカンダリプーリのシリンダ室12cにかかるセカンダリ圧を検出するセンサである。
さらに、入力トルク情報、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31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29の検出値と目標値とに応じて減圧弁33のソレノイドを駆動して、フィードバック制御によりセカンダリ圧を制御する。
以下、CVTCU20で行うプライマリ圧及びセカンダリ圧の演算制御について図3を参照しながら説明する。図3はプライマリ圧及びセカンダリ圧の演算制御を示すフローチャートであり、所定の微小時間(例えば10ms)ごとに繰り返し実行される。
ステップS1では、安全率Sfを演算する。安全率Sfはセカンダリプーリ12のクランプ力Fzsを演算する際に用いる値であり、セカンダリプーリ12のクランプ力Fzsの余裕代として設定される。なお安全率Sfの演算方法については後述する。
ステップS2では、ステップS1において設定された安全率Sfに基づいてセカンダリプーリ12のクランプ力Fzsを演算する。セカンダリプーリ12のクランプ力Fzsは以下の(1)式に基づいて演算される。
Figure 0004889757
ここで、Tinはプライマリプーリ11に入力されるトルク、θはプーリ11、12の半頂角(シーブ角)、Rpはプライマリプーリ11のベルト巻き付き半径、μはベルト13とプーリ11、12との間の摩擦係数である。プライマリプーリ11のベルト巻き付き半径Rpは、プーリ比Ipと固定値であるベルト周長及びプーリ間の軸間距離とに基づいて演算される。
ステップS3では、バランス推力比Fzp/Fzsを演算する。バランス推力比Fzp/Fzsはセカンダリプーリ12のクランプ力Fzsに対するプライマリプーリ11のクランプ力Fzpの比であり、プーリ比Ipを平衡状態に保つために必要な値として図4に示すマップに基づいて演算される。図4はプーリ比Ipとバランス推力比Fzp/Fzsとの関係を示すマップであり、プーリ比Ipが高いほどバランス推力比Fzp/Fzsは低く設定され、Low側ではバランス推力比Fzp/Fzsは1.0より低く設定される。
ステップS4では、プライマリクランプ力Fzpを演算する。プライマリクランプ力Fzpはセカンダリクランプ力Fzsにバランス推力比Fzp/Fzsを乗算して演算される。また、アップシフト時は目標変速速度に基づいて設定される差推力分をさらに加算することでプライマリクランプ力Fzpが演算される。
ステップS5では、プライマリクランプ力Fzp及びセカンダリクランプ力Fzsに基づいてプライマリ圧及びセカンダリ圧を演算する。
ここで、ステップS1における安全率Sfの演算について図5を参照しながら説明する。図5は安全率Sfの演算制御を示すフローチャートであり、所定の微小時間(例えば10ms)ごとに繰り返し実行される。
ステップS11では、アップシフト指令が出力されているか否かを判定する。アップシフト指令が出力されていると判定されるとステップS13へ進み、出力されていないと判定されるとステップS12へ進む。ここで、アップシフト指令は目標プーリ比が現在のプーリ比Ipより低いときに出力され、一連の変速動作が終了するまで継続的に出力される。
ステップS12では、安全率Sfを一定の所定値に設定して処理を終了する。
ステップS13では、安全率Sfvを図6のマップに従って検索する。図6はプーリ比Ipと安全率Sfvとの関係を示すマップであり、点線は従来例における安全率Sf(一定値)を示す。図6に示すように安全率Sfvはプーリ比Ipが高いほど低く、所定のプーリ比Ip以上では一定となるように設定される。所定のプーリ比Ipは例えばバランス推力比Fzp/Fzsが0.9のときのプーリ比Ipに設定される。
ステップS14では、エンジン回転速度の減少率を演算する。エンジン回転速度の減少率は例えば前回制御時のエンジン回転速度との比較によって演算される。なお、アップシフト時はプーリ比Ipが低くなるのでエンジン回転速度は低下し、エンジン回転速度の減少率は正の値となる。
ステップS15では、エンジン回転速度の減少率が所定減少率より小さいか否かを判定する。エンジン回転速度の減少率が所定減少率より小さいと判定されるとステップS16へ進み、所定減少率以上であると判定されるとステップS17へ進む。アップシフト時はプーリ比Ipの低下に伴ってエンジン回転速度が低下していくが、安全率Sfを低くし過ぎるとセカンダリ圧が不足してエンジン回転速度が吹け気味になり減少率が小さくなる。そこで、所定減少率はセカンダリ圧が不足してベルト13が滑る可能性があると判断できる程度の値に設定され、予め実験などによって求めておく。
ステップS16では、安全率Sfvに微小な値Δを加算して新たに安全率Sfvとする。
ステップS17では、ステップS13〜S16において設定された安全率Sfvを安全率Sfとして設定する。
ステップS18では、安全率Sfをムダ時間後に出力して処理を終了する。アップシフト指令が出力されてから実際のプーリ比Ipが変化するまでには遅れが生じるので、当該遅れをムダ時間として予め実験などによって求めておき、ムダ時間経過後に安全率Sfを出力する。すなわち、アップシフト指令が出力されてもムダ時間が経過するまではステップS12において設定された安全率Sfが出力される。
すなわち以上の制御では、アップシフト時の安全率Sfを、プーリ比Ipが定常状態であるときの安全率Sfと比べて低い値とすることで、セカンダリクランプ力Fzs、及びセカンダリクランプ力Fzsに差推力を加算したプライマリクランプ力Fzpを定常時よりも低い値となるよう制御している。ここで、アップシフト時の安全率Sfを低下させることについてさらに詳細に説明する。
セカンダリクランプ力Fzsを演算する(1)式を時間微分すると以下の(2)式に示すようになる。
Figure 0004889757
(2)式より、セカンダリクランプ力Fzsがプライマリプーリ11のベルト巻き付き半径Rpに関して減少関数であることがわかる。すなわち、プライマリプーリ11のベルト巻き付き半径Rpが増大するアップシフト時は、セカンダリクランプ力Fzsが低下する。従って、アップシフト時は定常時に比べて安全率Sfをより低い値とすることが可能である。
特に、プーリ比Ipが高いLow時にはバランス推力比Fzp/Fzsが小さく、プライマリクランプ力よりもセカンダリクランプ力の方が高い。またLow時にはセカンダリプーリ12のベルト巻き付き半径Rsはプライマリプーリ11のベルト巻き付き半径Rpより大きい。これにより、Low時にはベルト滑りが発生するとすればプライマリプーリ側で発生することになる。
従って、アップシフト時の安全率Sfは定常時の安全率Sfより低い値に設定することができ、さらにプーリ比IpがLow側であるほど安全率Sfをより低い値に設定することができる。
次に図7を用いて本実施形態の作用について説明する。図7は本実施形態におけるベルト式無段変速機の作用を示すタイムチャートであり、(a)はアップシフト指令、(b)はプーリ比Ip、(c)は安全率Sf、(d)はセカンダリクランプ力、(e)はエンジン回転速度をそれぞれ示している。なお(c)、(d)中の点線は従来例における変化を示す。
車両が走行中、時刻t1においてアップシフト指令が出力され、安全率Sfがマップ検索によって定常時より低い値に設定される。ムダ時間が経過した後、時刻t2において安全率Sfが出力され、この安全率Sfに基づいてセカンダリクランプ力が演算される。これにより、セカンダリクランプ力は点線で示す従来例に比べて低い値となる。
また、プーリ比Ipの低下に伴ってエンジン回転速度が減少していくが、時刻t3においてセカンダリクランプ力が不足してエンジン回転速度の減少率が所定減少率より低いと判定される。そこで、エンジン回転速度の減少率が所定減少率以上となるまで、安全率Sfに微小な値Δを加える。これによりセカンダリクランプ力が上昇するのでベルト13の滑りが防止される。
時刻t4において、アップシフトが終了すると安全率Sfは変速前の一定の所定値に戻される。
以上のように本実施形態では、アップシフト指令が出力されていると判定されたとき、安全率Sfをマップ検索して定常時より低い値に設定するので、ベルト保持に必要なプーリのクランプ力を下げることができるアップシフト時において、プーリのクランプ力をより低い値に設定することができ、ベルト滑りが生じない範囲内でプーリ推力を低下させることができる。これによりアップシフト時のセカンダリ圧、及び差推力を考慮したプライマリ圧が低下するので、ライン圧を低下させることができ、油圧ポンプ34の負荷を低減して燃費を向上させることができる(請求項1、5に対応)。
また、アップシフト時にセカンダリクランプ力がより低い値に設定されることでプライマリクランプ力との間に差推力が生じるので、アップシフト時の変速応答性を向上させることができる。すなわち、アップシフト時はプライマリクランプ力に差推力分を加算することで目標変速速度を達成するが、セカンダリクランプ力がより低い値となることで差推力を生じさせ易くなり、その分変速応答性が向上することになる(請求項1、5に対応)。
さらに、安全率Sfはアップシフト指令が出力されたときのプーリ比Ipが高い(Low側)ほど低く設定される。ここで、プーリ比Ipが高いほど、バランス推力比Fzp/Fzsが小さく、かつセカンダリプーリ12のベルト巻き付き半径は大径となり、セカンダリプーリ12においてベルト滑りが生じにくい状況となる。従って、セカンダリプーリ12においてベルト滑りが生じにくい状況であるほど安全率Sfを低く設定して、より大きくセカンダリ圧を低下させることができるので、ベルト滑りを防止しながらさらに燃費を向上させることができる。特にプーリ比Ipが最大である最Lowからの発進直後のアップシフト時には安全率Sfを最も低く設定することができるので、さらに燃費を向上させることができる(請求項2に対応)。
さらに、アップシフト指令が出力されて安全率Sfがより低い値に設定されたとき、この安全率Sfをムダ時間後に出力するので、変速指令に対する実際の変速動作の遅れを考慮して、この遅れに合わせてセカンダリ圧を低下させることができる。これにより、セカンダリ圧の不足によるベルト滑りを防止しながら燃費を向上させることができる(請求項3に対応)。
さらに、アップシフト中にエンジン回転速度の減少率が所定減少率より低いと判定されたとき安全率Sfを増加させるので、安全率Sfを必要以上に下げ過ぎたとしてもエンジン1が吹け気味となったことを検知してセカンダリ圧を高めに補正することができ、より確実にベルト滑りを防止することができる(請求項4に対応)。
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能である。
1 エンジン
10 ベルト式無段変速機(無段変速機構)
11 プライマリプーリ
12 セカンダリプーリ
13 Vベルト
20 CVTコントロールユニット
30 油圧コントロールユニット(油圧制御手段)
S2、S4 プーリ推力演算手段
S11 アップシフト判定手段
S15 減少率判定手段

Claims (4)

  1. プーリ幅をそれぞれ変更可能なプライマリプーリ及びセカンダリプーリと、各プーリに掛け回されるベルトとを有し、前記プーリ幅が変化することで前記各プーリと前記ベルトとの接触半径が変化して変速比が変化する無段変速機構と、
    前記各プーリを前記プーリ幅が縮小する方向に付勢するプーリ推力を、所定の余裕代を含むように演算するプーリ推力演算手段と、
    演算された前記プーリ推力に基づいて前記各プーリへ供給する油圧を制御する油圧制御手段と、
    を備えるベルト式無段変速機において、
    前記変速比を低下させるアップシフト中であるか否かを判定するアップシフト判定手段を備え、
    前記プーリ推力演算手段は、アップシフト中であると判定されたとき、前記所定の余裕代をアップシフト中であると判定されていないときより小さくし、アップシフト中であると判定されたときの変速比が高いほど前記所定の余裕代の低下量を大きくすることを特徴とするベルト式無段変速機。
  2. 前記プーリ推力演算手段は、アップシフト中であると判定されてから所定時間遅れて前記所定の余裕代を小さくすることを特徴とする請求項1に記載のベルト式無段変速機。
  3. 前記プライマリプーリにはエンジンからトルクが入力され、
    前記エンジンの回転速度の減少率が所定減少率より低いか否かを判定する減少率判定手段を備え、
    前記プーリ推力演算手段は、前記エンジンの回転速度の減少率が前記所定減少率より低いと判定されたとき、前記所定の余裕代を現在の余裕代より大きくすることを特徴とする請求項1または2に記載のベルト式無段変速機。
  4. プーリ幅をそれぞれ変更可能なプライマリプーリ及びセカンダリプーリと、各プーリに掛け回されるベルトとを有し、前記プーリ幅が変化することで前記各プーリと前記ベルトとの接触半径が変化して変速比が変化するベルト式無段変速機の変速制御方法において、
    前記各プーリを前記プーリ幅が縮小する方向に付勢するプーリ推力を、所定の余裕代を含むように演算することと、
    演算された前記プーリ推力に基づいて前記各プーリへ供給する油圧を制御することと、
    前記変速比を低下させるアップシフト中であるか否かを判定することと、
    アップシフト中であると判定されたとき、前記所定の余裕代をアップシフト中であると判定されていないときより小さくし、アップシフト中であると判定されたときの変速比が高いほど前記所定の余裕代の低下量を大きくすることと、
    を含むことを特徴とするベルト式無段変速機の変速制御方法。
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