JP4967346B2 - トロイダル型無段変速機の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、入力ディスクと出力ディスクとの間に挟み込んだパワーローラを介して各ディスクの間でトルクを伝達するとともに、そのパワーローラを傾転させて変速比を変化させるトロイダル型無段変速機に関するものである。

トロイダル型無段変速機は、パワーローラを入力ディスクと出力ディスクとの間に挟み付け、これらのパワーローラと各ディスクとの間でトラクションオイルを介したトルクの伝達をおこなうように構成されている。なお、この明細書では、トラクションオイルを介したパワーローラと各ディスクとの間のトルクの伝達状態を、パワーローラと各ディスクとの接触と言う。

そのパワーローラと各ディスクとの接触点（もしくは接触領域）におけるパワーローラの接線方向の速度と各ディスクの接触点半径での接線方向の速度とが一致していれば、これが中立位置であって、パワーローラに対してこれを傾ける力すなわち傾転力は生じない。その中立位置からパワーローラが変位（オフセット）すると、パワーローラと各ディスクとの接触点におけるそれぞれの接線方向速度が異なるので、いわゆるサイドスリップが生じ、それに起因して、パワーローラを傾けるいわゆる傾転力が生じる。

パワーローラを中立位置からオフセットさせて傾転させると、各ディスクに対する接触点の半径（各接触点の各ディスクの回転中心軸線からの距離）が変化して変速が生じる。このようにしてパワーローラを傾転させた後、パワーローラを中立位置に復帰させると、パワーローラが傾転した状態に維持されるとともに、その傾転角度に応じた変速比が設定される。

したがって、トロイダル型無段変速機においては、パワーローラの傾転角度と変速比とが一対一に対応しているので、傾転角度から変速比を求めることができる。しかしながら、傾転角度を直接検出するとすれば、傾転角度センサを必要とするので、これを用いずに変速比を求めるために、入力ディスクなどの入力側部材の回転数と出力ディスクなどの出力側部材の回転数との比によって変速比を求めることになる。このように、各ディスクの回転数から変速比あるいはパワーローラの傾転角度を求めるように構成されたトロイダル型無段変速機が特許文献１に記載されている。

また、入力ディスクおよび出力ディスクの回転数の比に基づいて変速比を演算するように構成されたトロイダル型無段変速機において、低車速時には演算値によらずに変速比を最大値とするように構成した装置が特許文献２に記載されている。なお、トロイダル型無段変速機において、実変速比が実用上可能な上限値もしくは下限値を超えている場合には、変速比指令値として前回値を出力するように構成された装置が特許文献３に記載されている。さらに、パワーローラの傾転角度が、傾転規制する最大傾転角度よりも僅かに小さい角度まで増大した場合に、入力トルクを低減し、また変速比を減少側に制御するように構成された装置が特許文献４に記載されている。

特許第３４４６３８９号公報 特開２０００−２８３２８５号公報 特開２０００−４６１６１号公報 特開平７−１２７７２４号公報

パワーローラの傾転角度あるいは変速比を、入力ディスクや出力ディスクなどの回転数に基づいて求める場合、傾転角度や変速比の精度は回転数の検出精度に影響される。一方、各ディスクなどの回転部材の回転数を検出するセンサは、電磁ピックアップなどの検出子を備え、検出対象物との相対的な変位に基づいて信号を出力し、その信号の単位時間当たりの数などによって回転数を検出するように構成されている。そのため、低回転数であることにより単位時間当たりの信号の数が少ない場合には、検出精度が低下しやすい。そのため、いずれかのディスクの回転数が低い場合には、傾転角度あるいは変速比の検出精度が低下することがある。

この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、入力ディスクや出力ディスクなどの回転部材の回転数によらずにパワーローラの傾転角度や変速比を推定することのできるトロイダル型無段変速機の制御装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、同一軸線上に互いに対向して配置されて回転する入力ディスクと出力ディスクとの間にパワーローラを挟み込み、そのパワーローラが各ディスクにトルク伝達可能に接する接点を結んだ線と前記各ディスクの中心軸線とのなす角度が変化するように前記パワーローラを傾転させて変速比を設定し、かつ前記パワーローラを傾転させるべくパワーローラをその回転面に沿う方向に移動させる推力を生じさせるアクチュエータを有し、そのアクチュエータによる推力を前記パワーローラの目標傾転角度もしくは目標変速比と実傾転角度もしくは実変速比との偏差に基づいて制御するトロイダル型無段変速機の制御装置において、前記入力ディスクと出力ディスクとの間でトルクを伝達している状態で前記パワーローラが傾転しないように中立位置に維持している前記アクチュエータによる前記推力と、前記いずれかのディスクに対する入力トルクに起因して前記パワーローラに作用する接線方向の荷重とに基づいて、前記変速比もしくは前記パワーローラの傾転角度を推定する推定手段を備えていることを特徴とする制御装置である。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明における前記推定手段は、前記入力ディスクの回転数もしくは出力ディスクの回転数が予め定めた基準回転数以下の場合に、前記変速比もしくは傾転角度を推定する手段を含むことを特徴とするトロイダル型無段変速機の制御装置である。

さらに、請求項３の発明は、請求項１または２の発明における前記アクチュエータは、ピストンを挟んだ両側の圧力の差圧で前記推力を発生し、その圧力が制御されて前記推力を変更するように構成され、前記推定手段は、前記差圧と前記いずれかのディスクに対する入力トルクとに基づいて、前記変速比もしくは前記パワーローラの傾転角度を推定する手段を含むことを特徴とするトロイダル型無段変速機の制御装置である。

請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの発明において、前記パワーローラを傾転させるべくその回転面に沿う方向に移動させた場合に前記推定手段で推定された傾転角度の変化を判定する傾転判定手段と、その傾転角度が変化しないことが前記傾転判定手段によって判定された場合に前記パワーローラを前記移動の方向とは反対の方向に移動させる反転指示手段とを更に備えていることを特徴とするトロイダル型無段変速機の制御装置である。

そして、請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれの発明において、前記パワーローラと共に傾転する部材を当接させることによりパワーローラの傾転を規制するストッパーと、前記パワーローラを傾転させるべくその回転面に沿う方向に移動させた場合に前記推定手段で推定された傾転角度が変化しないことによって前記パワーローラの傾転が規制されていることを判定する傾転規制判定手段とを更に備えていることを特徴とするトロイダル型無段変速機の制御装置である。

請求項１の発明においては、アクチュエータによる推力が、パワーローラを介して伝達するべきトルクに基づいて生じる荷重より大きければ、あるいは反対に小さければ、パワーローラがその回転面に沿う方向に移動（オフセットもしくは変位）し、それに伴ってパワーローラが傾転して変速が生じる。これに対して前記推力とパワーローラを介して伝達するべきトルクに基づいて生じる荷重とが釣り合うと、パワーローラが所定位置に維持される。このようにしてパワーローラを傾転の生じない中立位置に維持している状態で、前記推力と入力トルクとに基づいて変速比もしくは傾転角度が推定される。したがって、請求項１の発明によれば、回転数に基づかずに変速比もしくは傾転角度を推定することができるので、トロイダル型無段変速機を搭載した車両が停車している場合や発進直後の低車速の状態であっても精度よく変速比もしくは傾転角度を求めることができる。

また、請求項２の発明によれば、請求項１の発明による効果と同様の効果に加えて、低回転数状態での変速比や傾転角度の検出精度を向上させることができる。

さらに、請求項３の発明によれば、請求項１の発明あるいは請求項２の発明による効果と同様の効果に加えて、流体圧式のアクチュエータにおけるピストンを挟んだ両側の圧力の差圧と入力トルクとに基づいて変速比もしくは傾転角度を推定することができる。

またさらに、請求項４の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかの発明による効果と同様の効果に加えて、パワーローラを中立位置からオフセットさせたのにも拘わらずにこれが傾転しない場合に、オフセット方向を反転させるので、傾転しない状態を直ちに解消することができる。そのため、パワーローラと各ディスクとの間の滑りやそれに起因する摩耗などを防止もしくは抑制することができる。

そして、請求項５の発明によれば、請求項１ないし４のいずれかの発明による効果と同様の効果に加えて、パワーローラの傾転がストッパーによって規制されている場合、これを直ちに検出できる。

つぎに、この発明をより具体的に説明する。この発明で対象とするトロイダル型無段変速機は、入力側のディスクと出力側のディスクとを同一軸線上に対向させて配置するとともに、これらのディスクの間に、回転中心軸線が、各ディスクの回転中心軸線に対してほぼ直交するようにパワーローラを配置して挟み込み、そのパワーローラを介して各ディスクの間でトルクを伝達するように構成した無段変速機である。特に、各ディスクの対向面がトロイダル面を形成している無段変速機であり、対向するトロイダル面の曲率中心が各ディスクの外周縁の近辺もしくはその外側にあるいわゆるハーフトロイダル型のものや、その曲率中心が各ディスクの外周縁より内側にあるタイプのもののいずれであってもよい。さらに、一対のディスクを備えたいわゆるシングルキャビティ型の無段変速機に限らず、二対のディスクを備えたダブルキャビティ型の無段変速機であってもよい。そして、入力側のディスクと出力側のディスクとの間に挟み込むパワーローラは、ディスクの円周方向に等間隔に複数設けられていればよく、一対のパワーローラを備えた構成に限られない。

また、この発明で対象とするトロイダル型無段変速機は、パワーローラを挟み付けるいわゆる挟圧力を油圧によって発生させるように構成したものであってよい。あるいはパワーローラを中立位置から変位させ、また中立位置に復帰させる操作を、パワーローラの回転面に沿う方向に推力を発生するアクチュエータによって行うように構成したものであってよい。そのアクチュエータとしては、油圧シリンダや電動シリンダなどを採用することができ、その推力に応じてパワーローラが中立位置から変位させられてその傾転および変速が生じる。また、この発明では、パワーローラの変位もしくは傾転の制御のための構成として、機械的なフィードバック機構を使用せずに、圧油を直接フィードバック制御するように構成する。

図５および図６には、ダブルキャビティ式のハーフトロイダル型無段変速機の一例を模式的に示してあり、トロイダル面を対向させた入力ディスク１と出力ディスク２とが、二対、同一軸線上に配置されている。これらの図に示す例では、軸線方向での左右両端部に入力ディスク１が配置され、中央部に出力ディスク２が、いわゆる背合わせに配置され、これらの出力ディスク２の間に出力部材としての出力ギヤ３が配置されている。

各ディスク１，２および出力ギヤ３の中心部を入力軸４が貫通しており、各入力ディスク１はこの入力軸４に一体となって回転し、かつ軸線方向に移動できるように取り付けられている。これに対して出力ディスク２および出力ギヤ３は、入力軸４に対して回転自在に嵌合しており、かつ各出力ディスク２と出力ギヤ３とは一体となって回転するように連結されている。入力軸４の一方の端部（図５の左側の端部）には、入力ディスク１を抜け止めするためのロック部材としてのロックナット５が取り付けられている。これとは反対側の端部（図５での右側の端部）には、油圧シリンダ６が取り付けられている。この油圧シリンダ６は、各対の入力ディスク１と出力ディスク２とを互いに接近させる方向に押圧する挟圧力を生じさせるための挟圧力発生機構であって、シリンダ７が入力軸４に固定されるとともに、そのシリンダ７の内部に軸線方向に移動可能に収容したピストン８が、入力ディスク１の背面に当接させられている。したがって、そのシリンダ７とピストン８との間に油圧を供給することにより、ピストン８が一方の入力ディスク１をこれとは反対側に配置されている入力ディスク１側に向けて押圧するように構成されている。なお、この挟圧力発生機構は、油圧シリンダ６に替えて、トルクを軸線方向の推力に変化させるカム機構やネジ機構などの他の機構によって構成してもよい。

各対の入力ディスク１と出力ディスク２との間にそれぞれ複数のパワーローラ９が挟み込まれている。これらのパワーローラ９は、入力ディスク１と出力ディスク２との間でのトルクの伝達を媒介するいわゆる伝動部材であって、ほぼ円盤状をなし、入力ディスク１と出力ディスク２との間に、各ディスク１，２の円周方向に等間隔に配置されている。各パワーローラ９は、各ディスク１，２の回転に伴って自転し、また各ディスク１，２の間で傾く（傾転する）ように、それぞれトラニオン１０によって保持されている。ここで、傾転とは、より詳しくは、パワーローラ９の各ディスク１，２に対する接触点を結んだ線と、各ディスク１，２の回転中心軸線とのなす角度（すなわち傾転角度）が変化する挙動である。

各トラニオン１０は、パワーローラ９を自転かつ傾転自在に保持するためのものであって、中心側を向く面を平坦面とした保持部１１の上下両側にトラニオン軸１２が延びて形成されている。図６での上側のトラニオン軸１２が軸受を介してアッパーヨーク１３に嵌合させられ、また図６での下側のトラニオン軸１２が軸受を介してロアーヨーク１４に嵌合させられている。したがって各トラニオン１０は、それぞれトラニオン軸１２を中心にして回転できるように各ヨーク１３，１４によって互いに連結されている。したがってトラニオン軸１２の中心軸線が傾転軸となっている。

各パワーローラ９は各トラニオン１０における前記保持部１１に取り付けたピボットシャフト１５によって回転自在に保持され、また各パワーローラ９とそれぞれのトラニオン１０との間にはスラスト軸受１６が介装されている。これらトラニオン１０やピボットシャフト１５、スラスト軸受１６などが、パワーローラを傾転可能に保持する保持部材になっている。

各トラニオン１０における図６での下側のトラニオン軸１２は、直線的な前後動作を行うアクチュエータに連結されている。そのアクチュエータは、流体圧シリンダや、トルクを推力に変化させて出力する電動シリンダなどによって構成されており、図に示す例では、油圧シリンダ１７が採用されている。具体的には、前記トラニオン軸１２は、各パワーローラ９に対応して設けた油圧シリンダ１７のピストン１８に連結されている。これらの油圧シリンダ１７は、一方のパワーローラ９を図６での上側に移動させると同時に他方のパワーローラ９を図６での下側に移動させるように構成されている。例えば、図６での左側の油圧シリンダ１７におけるピストン１８より上側の油圧室が変速比の小さい高速側に変速させるためのハイ油室１７Hであり、これとは反対の下側の油圧室が変速比の大きい低速側に変速させるためのロー油室１７Lとなっている。また、図６での右側の油圧シリンダ１７におけるピストン１８より上側の油圧室が変速比の大きい低速側に変速させるためのロー油室１７Lであり、これとは反対の下側の油圧室が変速比の小さい高速側に変速させるためのハイ油室１７Hとなっている。そして、ハイ油室１７H同士、およびロー油室１７L同士が互いに連通されている。

上記のパワーローラ９を中立位置からアップシフト側あるいはダウンシフト側に変位（オフセット）させて変速を実行するための機構について説明すると、その機構は前記油圧シリンダ１７などのアクチュエータを動作させるように構成された機構であり、図に示す例では、デューティ制御される電磁弁１９によって構成されている。なお、この種の制御弁は、前述したハイ油室１７Hに対する油圧の給排を制御する弁とロー油室１７Lに対する油圧の給排を制御する弁との二本を設けてもよく、あるいは一本の制御弁で各油室１７H，１７Lに対する油圧の給排を同時に制御するように構成してもよい。

図に示す電磁弁１９は、前記ハイ油室１７Hに連通するハイ側ポート２０と、前記ロー油室１７Lに連通するロー側ポート２１と、ライン圧が入力される入力ポート２２と、二つのドレーンポート２３，２４と、ソレノイド２５およびその反対側に配置されたスプリング２６によって軸線方向に移動させられてこれらのポートの連通状態を切り替えるスプール２７とを有している。そして、そのスプール２７は、入力ポート２２および各ドレーンポート２３，２４をハイ側ポート２０およびロー側ポート２１のいずれに対しても閉じた状態、入力ポート２２をハイ側ポート２０に連通させると同時にロー側ポート２１をドレーンポート２４に連通させたアップシフト状態、これとは反対にロー側ポート２１を入力ポート２２に連通させると同時にハイ側ポート２０をドレーンポート２３に連通させたダウンシフト状態とに切り替えるように構成されている。

したがって、電磁弁１９によってハイ油室１７Hおよびロー油室１７Lに圧油を適宜に給排することにより、これらの油室１７H，１７Lに差圧が生じ、その差圧に応じた推力が油圧シリンダ１７からトラニオン１０に作用する。具体的には、その差圧とピストン１８の受圧面積との積が推力となる。一方、パワーローラ９には、トルクを伝達することに伴う接線力が作用し、その合力が前記推力に対向する方向の荷重となる。したがって、前記推力と前記荷重とのいずれかが大きければ、パワーローラ９が変位し、両者がバランスすれば、パワーローラ９が変位せずに所定の位置に維持される。

上記の電磁弁１９を使用した変速制御を電気的に実行するように構成されている。すなわち、各パワーローラ９の位置をトラニオン１０の位置もしくは変位量として検出するためにストロークセンサ２８が設けられている。このストロークセンサ２８は一例として、一方のトラニオン１０のトラニオン軸１２に取り付けられており、その軸線方向の変位量を電気的に検出して検出信号として出力するように構成されている。ここで変位量とは、パワーローラ９に対してサイドスリップ力もしくは傾転力が作用しない中立位置からの前記傾転軸方向の移動量である。

さらに、いずれかの入力ディスク１の回転数を検出して電気的な信号を出力する入力回転数センサ３０と、いずれかの出力ディスク２の回転数を検出して電気的な信号を出力する出力回転数センサ３１とが設けられている。したがって、これらの回転数センサ３０，３１で検出された各回転数に基づいて、実際の変速比を求めることができる。また、特には図示しないが、上記のロー油室１７Lの油圧およびハイ油室１７Hの油圧を検出する油圧センサが設けられている。

これら各センサ２８，３０，３１は、変速比や前述した挟圧力を制御するための電子制御装置（ＥＣＵ）３２に電気的に接続されている。この電子制御装置３２は、マイクロコンピュータを主体として構成されたものであって、入力された信号および予め記憶しているデータならびにプログラムに従って各種の演算を行い、その演算結果に基づいて制御指令信号を出力するように構成されている。上記のトロイダル型無段変速機は、車両に搭載することができ、その場合、この電子制御装置３２には、上記の各センサ２８，３０，３１からの信号に加えて、アクセル開度や車速、エンジン回転数などの各種の検出信号が入力される。

上記のトロイダル型無段変速機によるトルクの伝達および変速について説明する。エンジンなどの動力源から入力ディスク１にトルクが入力されると、その入力ディスク１にトラクションオイルを介して接触しているパワーローラ９にトルクが伝達され、さらにそのパワーローラ９から出力ディスク２にトラクションオイルを介してトルクが伝達される。その場合、トラクションオイルは加圧されることによりガラス転移し、それに伴う大きい剪断力によってトルクを伝達するので、各ディスク１，２は入力トルクに応じた圧力がパワーローラ９との間に生じるように押圧される。

また、パワーローラ９の周速と各ディスク１，２のトルク伝達点（パワーローラ９がトラクションオイルを介して接触している点）の周速とが実質的に同じであるから、パワーローラ９が傾転して入力ディスク１との間のトルク伝達点の回転中心軸線からの半径と、出力ディスク２との間のトルク伝達点の回転中心軸線からの半径とに応じて各ディスク１，２の回転数（回転速度）が異なり、その回転数（回転速度）の比率が変速比となる。

このようにして変速比を設定するパワーローラ９の傾転は、パワーローラ９を図６の上下方向に移動させることにより生じる。例えば、前記電磁弁１９を制御して油圧シリンダ１７のハイ油室１７Hにライン圧を供給すると、各油室１７H，１７Lの圧力差に基づく推力とパワーローラ９の接線力との差によって、図６の左側のパワーローラ９が下側に移動し、かつ図６の右側のパワーローラ９が上側に移動する。その結果、各パワーローラ９にはこれを傾転させる力（サイドスリップ力）がディスク１，２との間に生じ、各パワーローラ９が傾転する。パワーローラ９の変位量は、実際の傾転角と目標とする傾転角との偏差に基づいて制御され、したがってパワーローラ９が次第に傾転して目標傾転角に一致すると、パワーローラ９は中立位置に復帰させられ、その傾転が止まる。その結果、目標とする変速比が設定される。この中立位置では、前記差圧は、これに基づく推力とパワーローラ９の接線力とがバランスするように制御される。

上記の電子制御装置３２は、スロットル開度などで代表される要求駆動量や車速などに基づいて目標とする変速比に対応する傾転角度を求め、その傾転角度を達成するように電磁弁１９に指令信号を出力する。その目標傾転角度は、パワーローラ９をトラニオン１０と共にストロークさせることにより達成できるので、パワーローラ９のオフセット量を前記ストロークセンサ２８によって検出し、その検出したオフセット量とストローク指令量との偏差を制御偏差として電磁弁１９に対する指令信号（例えばデューティ比）がフィードバック制御される。

上記の基本的な変速制御を図７にブロック図によって概念的に示してある。図７において、先ず、目標変速比に相当する目標傾転角度φoと実際の傾転角度φとの偏差が求められる。その目標変速比およびこれに対応する目標傾転角度の算出は、従来、トロイダル型無段変速機での変速制御で実行されているのと同様にしておこなうことができる。例えば、アクセル開度などで表される要求駆動量と車速とに基づいて要求駆動力が算出され、その要求駆動力と車速とから目標出力が求められ、その目標出力を最小の燃費で達成する内燃機関の回転数が求められ、無段変速機の入力回転数がその内燃機関の回転数に相当する回転数となるように目標変速比および目標傾転角度φoが求められる。

その偏差に所定のゲインＫ1による処理を施してパワーローラ９のオフセット量（一例として中立点からのオフセット量）Ｘoが求められる。そのオフセット量Ｘoと実際のオフセット量Ｘとの偏差に所定のゲインＫ2による処理が施されて、前記電磁弁１９について指令信号（例えばデューティ比）が求められ、その電磁弁１９の出力する油圧によってパワーローラ９が変位し、かつそれに伴ってパワーローラ９が傾転することにより、無段変速機（ＣＶＴ）が変速動作する。

上述した目標変速比や目標傾転角度は、要求駆動力などに基づいて求められるのに対して、実際の変速比や傾転角度は、パワーローラ９が各ディスク１，２のトロイダル面に接触している範囲で設定される。そこで、パワーローラ９が各ディスク１，２のトロイダル面を外れて傾転しないようにするために、目標変速比もしくは目標傾転角度に制御上の制限が設定しており、また機構上、パワーローラ９の過度な傾転を制限するストッパー３３が設けられている。図８にその一例を模式的に示してあり、ストッパー３３はトラニオン１０の外面を当接させてその傾転動作を制限するように構成されている。より具体的には、前述した上下いずれか、もしくは上下両方のヨーク１３，１４にトラニオン１０の外面を当接させる突起を設け、これをストッパー３３とすることができる。

前述したように、上記のトロイダル型無段変速機での変速比もしくは傾転角度の制御は、目標値と実際値との偏差に基づいて前記油圧シリンダ１７に対する圧油の給排を制御して実行される。したがって、変速比もしくは傾転角度の制御には、実際の変速比や傾転角度を求めておく必要がある。これに対して、変速比やこれに対応する傾転角度を各ディスク１，２などの入力側および出力側の回転部材の回転数に基づいて求める構成では、上記のトロイダル型無段変速機を搭載している車両が停止していたり、その車速が低車速の場合には、前述した各回転数センサ３０，３１による回転数の検出精度が低下し、その結果、実際の変速比や傾転角度を正確に検出することができず、これが要因となって変速比もしくは傾転角度の制御を精度よく実行することができなくなる。このような不都合を解消するために、この発明の制御装置は、以下に述べる制御を実行するように構成されている。

図１は、上述したトロイダル型無段変速機が搭載された車両の発進制御が実行された場合の制御の一例を示しており、先ず、発進制御の信号が入力される（ステップＳ１）。したがって図１に示す制御は、パワーローラ９が中立位置にある場合に実行される。ついで、その時点の車速Ｖが、予め定めた基準車速Ｖ0より低車速か否かが判断される（ステップＳ２）。その基準車速Ｖ0は、低車速であることによるいずれかのディスク１，２の回転数が低く、そのために前記回転数センサ３０，３１による回転数の検出精度が、変速比もしくは傾転角度の検出精度に影響を及ぼす程度に低い車速として設定した値であり、その目的の範囲で、任意にもしくは実験的に基づいて定めることができる。したがって、このステップＳ２は、いずれかのディスク１，２もしくはこれらと一体となって回転する部材の回転数を判定するステップに置き換えることができる。

このステップＳ２で肯定的に判断された場合、すなわち車速Ｖが基準車速Ｖ0より低車速（停止していることを含む）の場合、入力トルクＴinが読み込まれる（ステップＳ３）。図１に示す制御例は、発進時の制御であるから、図示しない動力源から前記入力ディスク１に入力されるトルクＴinが読み込まれる。その動力源がガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関の場合には、吸入空気量や燃料噴射量などに基づいて推定されたトルクもしくはこれを補正したトルクが入力トルクＴinとされ、また電動機が動力源として使用されている場合には、その電動機の電流値に基づいて求められたトルクもしくはこれを補正したトルクが入力トルクＴinとされ、さらにハイブリッド車にあっては内燃機関のトルクと電動機もしくは発電機のトルクとから求められたトルクもしくはその補正値が入力トルクＴinとされる。

さらに、前述したハイ油室１７Hとロー油室１７Lとの差圧Ｐabが読み込まれる（ステップＳ４）。この差圧Ｐabは、各油室１７H，１７Lの油圧を検出し、その検出値の差であってよく、あるいはライン圧や前記電磁弁１９のデューティ比などの制御値から演算して求めた値であってもよい。

そして、上記の入力トルクＴinと差圧Ｐabとに基づいて、変速比γが推定もしくは検出される（ステップＳ５）。ここで、入力トルクＴinと差圧Ｐabと変速比γとの三者の関係を説明すると、一方の油室（例えばハイ油室１７H）の油圧をＰaとし、他方の油室（例えばロー油室１７L）の油圧をＰbとすると、差圧Ｐabはこれらの油圧の差（Ｐa−Ｐb）であり、これとピストン１８の受圧面積Ａとの積が、油圧シリンダ１７で発生する推力となる。また、パワーローラ９が中立位置にあって変速が生じていない状態では、パワーローラ９を介してトルクを伝達することに伴ってパワーローラ９に作用する接線方向の荷重Ｆtが、油圧シリンダ１７による推力と釣り合うことになる。すなわち、
Ｆt＝Ａ・（Ｐa−Ｐb）

一方、パワーローラ９と入力ディスク１との接触点の半径をｒ1とすると、パワーローラ９の接線方向の荷重Ｆtは、
Ｆt＝Ｔin／２ｒ1
の関係にある。さらに、その接触点半径ｒ1は、トロイダル面の曲率半径ｒ0などの諸元および変速比γなどをパラメータとして所定の関数で表される関係にあり、
ｒ1＝ｆ（γ，ｒ0，…）
となる。

したがって、入力トルクＴinと差圧Ｐabと変速比γとの三者は一定の関係にあるので、入力トルクＴinと差圧Ｐabとから変速比γを求めることができる。その変速比γの算出は、入力トルクＴinと差圧Ｐabとを使用して演算によって求めることができ、あるいは上記の三者の値をマップとして予め求めておき、そのマップに基づいて変速比γを求めることもできる。図１に示す例では、マップから変速比γを推定することとしている。

なお、図１のステップＳ２で否定的に判断された場合、すなわち車速Ｖが基準車速Ｖ0以上である場合には、前述した各回転数センサ３０，３１で検出された入力回転数Ｎinと出力回転数Ｎoutとの比として変速比γが算出される（ステップＳ６）。回転数の検出精度が特には低下しないからである。

したがって、図１に示す制御を行うように構成されたこの発明に係る制御装置によれば、回転数に基づかずに変速比を求めることができ、またその変速比に相当するパワーローラ９の傾転角度を求めることができる。そのため、車両が停止していたり、低車速であったりしても、変速比や傾転角度を精度よく求めることができ、ひいては変速制御を正確に行うことができる。例えば、発進の際の変速比γを最大変速比γMAXに設定して、必要十分な駆動力を得ることができる。また、パワーローラ９の傾転角度を検出する傾転角度センサを必要としないので、構成部材を少なくして全体としての構成を簡素化し、またコストの低廉化を図ることができる。

前述したように、回転数から変速比もしくは傾転角度を求めるように構成されたトロイダル型無段変速機では、これが搭載された車両が低車速もしくは停車しているなどの場合には、回転数の検出精度が低くなって変速比もしくは傾転角度を正確に求めることができず、変速制御を所期通りに実行できない場合がある。このような不都合を回避することを目的として、以下に述べる制御を実行するように制御装置を構成することができる。さらに、変速比を増大させる方向の制御が過度に生じたり、それに伴ってトラニオン１０がストッパー３３に当接したりするなどの事態を未然に回避することができる。

図２は、その制御の一例を示しており、ここに示す例は、回転数の検出精度が変速比の制御に影響を及ぼす場合に変速を禁止するように構成した例である。すなわち、前述した図１に示す制御例と同様に、先ず、車速Ｖが基準車速Ｖ0より低車速か否かが判断される（ステップＳ１１）。このステップＳ１１で肯定的に判断された場合には、実際の変速比を正確に検出できないことになるので、パワーローラ９の最終目標ストローク量Ｘcが、パワーローラ中立点Ｘ0に設定される（ステップＳ１２）。すなわち、パワーローラ９を傾転の生じない中立位置に設定するストローク量が、目標値とされる。言い換えれば、パワーローラ９のオフセット量がゼロとされる。

一方、車速Ｖが基準車速Ｖ0以上であることによりステップＳ１１で肯定的に判断された場合には、要求駆動力や車速などから求められた目標オフセット量Ｘtをパワーローラ中立点Ｘ0に加えたストローク量が目標ストローク量Ｘcとされる（ステップＳ１３）。このようにしてステップＳ１２もしくはステップＳ１３で求められた目標ストローク量Ｘcを達成するように変速指令が行われる（ステップＳ１４）。具体的には、前述した電磁弁１９に制御信号を出力していずれかの油室１７H，１７Lに対する圧油の給排を行い、それに伴う油圧シリンダ１７の推力の変化に応じてパワーローラ９をストロークさせる。

したがって、図２に示す制御を行うように構成した場合には、回転数の検出精度が低いために、変速比を正確に制御できない状態では、パワーローラ９を傾転の生じない中立位置に保持する。そのため、パワーローラ９が過度に傾転したり、それに伴ってトラニオン１０がストッパー３３に当接したりするなどの事態を未然に回避することができる。そして、ストッパー３３に当接する心配がないため、変速比幅を広く取ることが可能になり、それに伴って燃費を向上させることが可能になる。また、トロイダル型無段変速機は変速速度が速いために、これを搭載した車両が停止する場合には、変速比が最大値に設定されているのが通常であり、したがって図２に示すように制御すれば、発進時の変速比を最大変速比に維持でき、円滑な発進を行うことができる。

すなわち、図２に示す制御を実行するように構成した制御装置は、変速比を制御するためのアクチュエータもしくはパワーローラ９をストロークさせるための油圧シリンダ１７に給排する流体圧もしくは油圧を、機械的なフィードバック機構によらずに、電気的にフィードバック制御するように構成されたトロイダル型無段変速機を対象とし、変速比に応じて回転数が変化する回転部材の回転数の検出精度が、低回転数であること、あるいはセンサに異常が生じたことなどによって低下した場合に、予期しない変速が生じることを防止もしくは抑制することを目的とする制御装置である。そして、この制御装置は、前記回転数を検出できないことを含めて回転数の検出精度が低下した場合に、変速を禁止し、あるいはパワーローラ９をその傾転が生じない中立位置に保持するように前記アクチュエータもしくは油圧シリンダ１７に給排する流体圧もしくは油圧をフィードバック制御するように構成された装置である。換言すれば、回転数の検出精度が低下した場合に、中立位置を目標オフセット量とした制御を行うように構成された装置である。

つぎに目標傾転角度を制限する制御について説明する。上述したトロイダル型無段変速機の変速制御は、要求駆動力などに基づいて目標変速比すなわちパワーローラ９の目標傾転角度を求め、実際の傾転角度とその目標傾転角度との偏差から目標オフセット量を算出し、実際のオフセット量との偏差がなくなるようにパワーローラ９をストロークさせ、その結果、傾転角度が目標値になった状態でパワーローラ９を中立点に復帰させることにより行われる。そのパワーローラ９のオフセット量は、傾転の生じない中立点からの変位量であるから、制御上の中立点に誤差がある場合、それに基づいたオフセット量は、実際の中立点からのオフセット量にはならず、そのためにパワーローラ９が大きく傾転したり、反対に傾転角度が不足したりする。これは、傾転角度の制御上の限界値を設定してある場合であっても同様である。そこで、以下に説明する制御例では、実際に設定されている傾転角度に基づいて傾転角度の制限値を変更する。

図３はその制御例を示しており、実傾転角度φが、制御上（制御ソフト上）設定されている上限値φmaxと下限値φminとの間に入っているか否かが判断される（ステップＳ２１）。その実傾転角度φは、図１を参照して説明した制御例で求められたものであってもよく、また車速が前述した基準車速Ｖ0以上であれば、入力回転数と出力回転数との比に基づいて求めた傾転角度であってもよく、さらに傾転角度センサを使用している場合には、その傾転角度センサで得られたものであってもよい。このステップＳ２１で否定的に判断されれば、実傾転角度φが制御上の上限値φmaxあるいは下限値φminを超えていることになる。その場合、実傾転角度φが目標傾転角度φcに設定される（ステップＳ２２）。

上記のステップＳ２１で肯定的に判断された場合、あるいはステップＳ２２で実傾転角度φが目標傾転角度φcに設定された後、目標傾転角度φcが制御上の上限値φmaxと下限値φminとの間に入っているか否かが判断される（ステップＳ２３）。その目標傾転角度φcは、上記のステップＳ２１で肯定的に判断された場合には要求駆動力や車速などに基づいて求められた目標値であり、これとは反対にステップＳ２１で否定的に判断されることによりステップＳ２２の制御が実行された場合には、実傾転角度φが目標傾転角度φcとなっている。

このステップＳ２３で否定的に判断された場合には、目標傾転角度φcが上限値φmaxもしくは下限値φminを超えているので、目標傾転角度φcがその上限値φmaxもしくは下限値φminに設定される（ステップＳ２４）。言い換えれば、目標傾転角度φcによって制御上の上限値φmaxもしくは下限値φminが変更される。その場合、実傾転角度φが上限値φmaxもしくは下限値φminを超えていることによりステップＳ２２でその実傾転角度φが目標傾転角度φcとされていれば、ステップＳ２４においてその実傾転角度φが制御上の上限値φmaxもしくは下限値φminとされる。

そして、ステップＳ２３で肯定的に判断された場合、あるいはステップＳ２４の制御が実行された後、その目標傾転角度φcに基づいた変速指令が出力される（ステップＳ２５）。これは、前述した図２におけるステップＳ１４における制御と同様である。

したがって図３に示す制御によれば、実際に設定されている傾転角度が制御上の上限値φmaxもしくは下限値φminを超えている場合、その実傾転角度φを上限値φmaxもしくは下限値φminとするとともに目標傾転角度φcとするので、パワーローラ９の制御上の中立点にくるいがあっても、ストッパー３３に当接するまでパワーローラ９が傾転することを回避することができる。

したがって、図３に示す制御を実行するように構成された制御装置は、トロイダル型無段変速機の動作状態もしくはトロイダル型無段変速機が搭載された車両の走行状態などに基づいて、パワーローラ９の目標傾転角度を求め、その目標傾転角度を達成するように制御指令を出力するとともに、傾転角度の制御上の上下限値を設定してある制御装置であって、中立点のくるいなどに起因する変速の過不足を防止もしくは抑制することを目的として、実際の傾転角度に基づいて上下限値を変更し、あるいは実際の傾転角度が上限値もしくは下限値を超えている場合には、実際の傾転角度を目標値として変速制御を行うように構成されていることを特徴とする制御装置である。

ところで、前述したストッパー３３は、パワーローラ９もしくはこれを保持しているトラニオン１０を当接させて、それ以上の傾転を阻止するためのものである。このストッパー３３は、万が一、パワーローラ９が過度に傾転してディスク１，２のトロイダル面を外れることを防止するために設けられており、通常は、これに当接しないように、制御上の制限が設定されている。そのために、その制限を超えて傾転してしまった場合には、ストッパー３３に当接しているか否かを検出することができないのが通常であり、そのままトロイダル型無段変速機を動作させると、動力循環やそれに伴う摩耗などが生じる可能性がある。このような不都合を解消するために、以下の制御を実行するように制御装置を構成することができる。

図４はその制御例を示しており、先ず、パワーローラ中立点Ｘ0と実ストローク量Ｘとの偏差が生じているか否か、すなわち両者の値の差の絶対値がゼロより大きいか否かが判断される（ステップＳ３１）。このステップＳ３１で否定的に判断された場合には、変速を実行しないので、リターンする。これとは反対にステップＳ３１で肯定的に判断された場合には、傾転角度φの変化速度がゼロか否か、すなわち傾転角度φが変化しているか否かが判断される（ステップＳ３２）。その傾転角度φは、図１を参照して説明した制御例で求められたものであってもよく、また車速が前述した基準車速Ｖ0以上であれば、入力回転数と出力回転数との比に基づいて求めた傾転角度であってもよく、さらに傾転角度センサを使用している場合には、その傾転角度センサで得られたものであってもよい。

前述したように、パワーローラ９が中立位置からオフセットすると、サイドスリップ力が発生するためにパワーローラ９が傾転する。したがって、ステップＳ３２で肯定的に判断されれば、変速が正常に生じていることになるので、リターンする。これとは反対にステップＳ３２で否定的に判断されれば、パワーローラ９に対してこれを傾転させるサイドスリップ力が生じているにも拘わらず、その傾転角度が変化しないことになる。このような事態は、傾転を阻止する力が外部から作用している場合に発生し、具体的には前記ストッパー３３に当接して傾転が阻止されている状態である。すなわち、ステップＳ３２ではストッパー３３に当接しているか否かを判定していることになる。

ストッパー３３に当接していることによりステップＳ３２で否定的な判断がなされた場合には、ストッパー３３とは反対方向に傾転するように目標オフセット量Ｘtが設定される。すなわち、パワーローラ中立点Ｘ0にその目標オフセット量Ｘtを加算し、あるいは減算してストローク量が求められ、それに基づく変速指令が出力される（ステップＳ３３）。

したがって、図４に示す制御を行うように構成した場合には、パワーローラ９を中立点からオフセットさせたのにも拘わらずその傾転角度が変化しないことによって、パワーローラ９を保持しているトラニオン１０がストッパー３３に当接していることを検出することができる。すなわち、特別なセンサを追加することなく、既存の装置によってストッパー３３に当接していることを検出できるので、装置の簡素化あるいは低コスト化を図ることができる。また、ストッパー３３に当接していることが検出もしくは判定された場合には、ストッパー３３から離れる方向にパワーローラ９を傾転させるようにストロークさせるので、パワーローラ９と各ディスク１，２との間の過度の滑りやそれに起因する摩耗などを回避もしくは抑制することができる。

ここで、この発明と上記の具体例との関係を簡単に説明すると、図１に示すステップＳ５の機能的手段が、この発明の推定手段に相当し、また図４に示すステップＳ３２の機能的手段が、この発明の傾転判定手段および傾転規制判定手段に相当し、さらに図４に示すステップＳ３３の機能的手段が、この発明の反転指示手段に相当する。

この発明に係る制御装置で実行される傾転角度の推定の制御例を説明するためのフローチャートである。 低車速時における変速禁止の制御例を説明するためのフローチャートである。 傾転角度の限界値を実傾転角度に基づいて変更する制御例を説明するためのフローチャートである。 ストッパーによる回転規制を判定し、またその判定結果に基づいて傾転方向を反転させる制御例を説明するためのフローチャートである。 この発明で対象とするトロイダル型無段変速機の一例を模式的に示す図である。 そのトロイダル型無段変速機の一方のキャビティを、その中央部を通る平面で切断した状態を示す模式的な断面図である。 この発明に係る変速装置による基本的な変速制御の一例を説明するための制御ブロック図である。 パワーローラが傾転している状態での各寸法および角度の関係を模式的に示す図である。

符号の説明

１…入力ディスク、 ２…出力ディスク、 ４…入力軸、 ９…パワーローラ、 １０…トラニオン、 １７…油圧シリンダ、、 １７H…ハイ油室、 １７L…ロー油室、 １９…電磁弁、 ３０…入力回転数センサ、 ３１…出力回転数センサ、 ３２…電子制御装置（ＥＣＵ）、 ３３…ストッパー。

Claims (5)

1. 同一軸線上に互いに対向して配置されて回転する入力ディスクと出力ディスクとの間にパワーローラを挟み込み、そのパワーローラが各ディスクにトルク伝達可能に接する接点を結んだ線と前記各ディスクの中心軸線とのなす角度が変化するように前記パワーローラを傾転させて変速比を設定し、かつ前記パワーローラを傾転させるべくパワーローラをその回転面に沿う方向に移動させる推力を生じさせるアクチュエータを有し、そのアクチュエータによる推力を前記パワーローラの目標傾転角度もしくは目標変速比と実傾転角度もしくは実変速比との偏差に基づいて制御するトロイダル型無段変速機の制御装置において、
   前記入力ディスクと出力ディスクとの間でトルクを伝達している状態で前記パワーローラが傾転しないように中立位置に維持している前記アクチュエータによる前記推力と、前記いずれかのディスクに対する入力トルクに起因して前記パワーローラに作用する接線方向の荷重とに基づいて、前記変速比もしくは前記パワーローラの傾転角度を推定する推定手段を備えていることを特徴とするトロイダル型無段変速機の制御装置。
   
2. 前記推定手段は、前記入力ディスクの回転数もしくは出力ディスクの回転数が予め定めた基準回転数以下の場合に、前記変速比もしくは傾転角度を推定する手段を含むことを特徴とする請求項１に記載のトロイダル型無段変速機の制御装置。
3. 前記アクチュエータは、ピストンを挟んだ両側の圧力の差圧で前記推力を発生し、その圧力が制御されて前記推力を変更するように構成され、前記推定手段は、前記差圧と前記いずれかのディスクに対する入力トルクとに基づいて、前記変速比もしくは前記パワーローラの傾転角度を推定する手段を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のトロイダル型無段変速機の制御装置。
4. 前記パワーローラを傾転させるべくその回転面に沿う方向に移動させた場合に前記推定手段で推定された傾転角度の変化を判定する傾転判定手段と、その傾転角度が変化しないことが前記傾転判定手段によって判定された場合に前記パワーローラを前記移動の方向とは反対の方向に移動させる反転指示手段とを更に備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のトロイダル型無段変速機の制御装置。
5. 前記パワーローラと共に傾転する部材を当接させることによりパワーローラの傾転を規制するストッパーと、前記パワーローラを傾転させるべくその回転面に沿う方向に移動させた場合に前記推定手段で推定された傾転角度が変化しないことによって前記パワーローラの傾転が規制されていることを判定する傾転規制判定手段とを更に備えていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のトロイダル型無段変速機の制御装置。

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