JP5323052B2 - 無段変速機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は無段変速機の制御装置に関する。

発明の背景

従来、無段変速機において、シフトレンジがＤレンジなどの走行レンジに保持された状態での車両停止中に、前進（あるいは後進）クラッチ及び前後進切替用クラッチを解放して、シフトレンジがＮレンジにあるのと同様の状態としてエンジンの駆動負荷を低減してアイドル回転として停車時の燃費を向上する、いわゆるアイドルニュートラル制御（Ｎアイドル制御）を行うものがある。Ｎアイドル制御では、運転者が車両を発進しようとする際に、即座に前進クラッチなどを締結させて無段変速機を発進可能状態へ移行させる必要がある。従って、Ｎアイドル制御状態でのクラッチ圧は、前進クラッチなどが締結する圧力よりも僅かに低いクラッチ圧に精度よく保たれていなければならない。そのようなクラッチ圧に保たれていない場合、例えばクラッチ圧が高いと、前進クラッチなどの締結ショックが生じ、一方クラッチ圧が低いと、前進クラッチなどの締結までに時間がかかり、運転者に違和感を与えるおそれがある。

このような問題を解決するために、特許文献１では、クラッチが締結してトルクの伝達を開始するトルク点を学習により求めるものが開示されている。具体的にはクラッチを徐々に締結していく際のエンジン回転速度とクラッチ入力回転速度とを比較して、クラッチ入力回転速度とがエンジン回転速度に比較して、所定回転速度だけ低下した時点におけるクラッチの供給油圧をトルク点として学習する。これによって、Ｄレンジで停車した場合に、学習したトルク点となるようにクラッチ供給油圧を制御して、Ｎアイドル制御を実施する。また、特許文献２には、Ｎアイドル制御を解除する際に、前進クラッチを係合状態に復帰させるために、タービン回転速度センサによってタービン回転速度を検出することで、クラッチが係合状態に復帰されたことを判断するものが開示されている。
特開２００２−２９５５２９号公報 特開２０００−３０４１２７号公報

しかしながら、特許文献１及び２では、クラッチ入力回転速度を検出するセンサや、タービン回転速度を検出するセンサが必要となる。そのため、コストの上昇、重量の増加、さらにはセンサを設置することによってレイアウトの自由度低下が生じるといった問題点がある。タービン回転速度を検出するセンサがない場合には、クラッチが係合状態に復帰したことを正確に判定できないといった問題点がある。

発明の概要

本発明は上記の問題点を解決するためになされたものであって、コストを削減して、重量を減少させ、レイアウトの自由度を向上させ、クラッチ入力回転速度を検出するセンサや、タービン回転速度を検出するセンサを用いずに、Ｎアイドル制御を終了した際のクラッチの締結状態を判定することを目的とする。

本発明によれば、プライマリプーリと、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、溝幅に応じてプーリとの接触半径が変化するベルトと、を備えた無段変速機構と、エンジンと前記プライマリプーリとの間に介装され、前記エンジンから前記プライマリプーリへ伝達されるトルクを調整可能なクラッチと、前記無段変速機構を走行レンジやニュートラルレンジやパーキングレンジの中立位置に切り換えるシフトレバーと、を備えた車両の無段変速機の制御装置において、前記プライマリプーリの回転速度を検出してパルス信号を出力するプライマリプーリ回転速度センサと、車両停車時に、前記シフトレバーを走行レンジに保持したまま、前記クラッチを締結状態から非締結状態へ変化させるアイドルニュートラル制御を実行すると共に、前記アイドルニュートラル制御実行中に同アイドルニュートラル制御を終了して前記クラッチを非締結状態から締結状態へ変更させる否かを判定するクラッチ締結判定手段と、前記クラッチ締結判定手段によって前記クラッチを非締結状態から締結状態へ変更すると判定された場合に前記クラッチに供給する油圧をクラッチの無効ストローク分を減少させた後の油圧である所定油圧から高くする油圧制御手段と、前記クラッチ締結判定手段によって前記クラッチを非締結状態から締結状態へ変更すると判定された場合に前記クラッチを非締結状態から締結状態へ変更すると判定してから前記プライマリプーリ回転速度センサによって出力された前記パルス信号の数をカウントするパルスカウント手段と、前記パルスカウント手段によってカウントした前記パルス信号の数が第１所定値となった場合の到達時間を算出するパルス到達時間算出手段と、前記到達時間に基づいて前記所定油圧を補正する油圧補正手段と、を備えた無段変速機の制御装置が提供される。

本発明の実施形態におけるＶベルト式無段変速機及びコントロールユニットからなる車両駆動システムの概略構成図である。 本発明の実施形態における無段変速機のクラッチ油圧制御のフローチャートである。 本発明の実施形態におけるパルス信号数とクラッチトルク容量との関係を示すマップである。 本発明の実施形態におけるクラッチ初期油圧の学習補正量を算出するためのマップである。 本発明の実施形態におけるクラッチ実油圧の変化を示すタイムチャートである。

詳細な説明

以下、本発明の実施形態の車両駆動システムについて図面を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、車両駆動システムは、エンジン１に連結された前後進切り換え機構４と、前後進切り換え機構４の出力軸に連結された無段変速機構５とを主体に構成されたパワートレインを備える。また、前後進切り換え機構４の入力側と、エンジン１の出力側との間には、トルクコンバータなどの発進要素（図示せず）が介装される。

前後進切り換え機構４は、エンジン１とプライマリプーリ１０との動力伝達経路を切り換える遊星歯車４０、前進クラッチ４１及び後退クラッチ４２から構成される。

無段変速機構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と、出力軸１３に連結されたセカンダリプーリ１１と、これら一対の可変プーリ１０、１１を連結するＶベルト（ベルト）１２とを備える。可変プーリ１０、１１の溝幅に応じてプーリ１０、１１とＶベルト１２との接触半径を調整することにより無段変速機構５の変速比を連続的に変化させている。無段変速機構５の出力軸１３はアイドラギアやディファレンシャルギアを介して車両の駆動輪１４に連結される。また、無段変速機構５には、車両の走行状態に応じて無段変速機構５を走行レンジやニュートラルレンジやパーキングレンジの中立位置に切り換えるシフトレバー１７が設けられている。本実施形態では、シフトレバー１７は、前進レンジ（Ｄレンジ）、中立位置＝ニュートラル（Ｎレンジ）、後退レンジ（Ｒレンジ）のいずれか一つを選択するものとする。

車両駆動システムは、油圧ポンプ１５と、クラッチ圧調整装置３０と、コントロールユニット２０と、各種センサとを更に備える。各種センサとしては、車速を検出する車速センサ２１と、シフトレバー１７に応動してシフトレバー１７の操作位置（選択レンジ）を検出するインヒビタスイッチ２２と、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回転速度センサ（プライマリプーリ回転速度検出手段）２３とを有する。本実施形態では、プライマリプーリ回転速度センサ２３は、プライマリプーリ１０の回転と同期したパルス信号を出力するパルスセンサとして構成される。具体的には、プライマリプーリ回転速度センサ２３は、プライマリプーリ１０に取り付けられた出力ギヤ（図示せず）に対面して配置されている。出力ギアの外周には等間隔で歯が形成されているため、プライマリプーリ回転速度センサ２３で検出される出力波形は、一定車速では等ピッチのパルス状となる。

コントロールユニット２０は、車速センサ２１からの車速信号、インヒビタスイッチ２２からのレンジ信号、エンジン１（またはエンジン制御装置）からのエンジン回転速度信号、プライマリプーリ回転速度センサ（プライマリプーリ回転速度検出手段）２３からのプライマリプーリ１０の回転速度信号、Ｇセンサ（勾配検出手段）２４からの勾配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３０へ指令する。

油圧ポンプ１５は、前後進切り換え機構４の入力側などに連結されてエンジン１に駆動され、所定油圧の作動油を無段変速機構５に供給する。

クラッチ圧調整装置（油圧制御手段）３０は、油圧ポンプ１５からの油圧を元圧として、コントロールユニット２０からの油圧指令値に応じて前進クラッチ４１及び後退クラッチ４２への供給油圧を調整し、前進クラッチ４１と後退クラッチ４２の締結（締結状態）または解放（非締結状態）を排他的に行う。車両の前進時（レンジ信号＝Ｄレンジ）では、前進クラッチ圧を供給して前進クラッチ４１を締結させる一方、後退クラッチ圧をドレンに接続して後退クラッチ４２を解放する。車両の後退時（レンジ信号＝Ｒレンジ）では、前進クラッチ圧をドレンに接続して前進クラッチ４１を解放させる一方、後退クラッチ圧を供給して後退クラッチ４２を締結させる。また、中立位置（レンジ信号＝Ｎレンジ）では、前進クラッチ圧と後退クラッチ圧をドレンに接続し、前進クラッチ４１及び後退クラッチ４２を共に解放させる。

また、無段変速機構５の変速比やＶベルト１２の接触摩擦力は、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（図示せず）によって制御される。

車両駆動システムでは、シフトレバー１７の位置がＤレンジやＲレンジの走行レンジであり、車両が停車している場合には、停車時の燃費を向上させるために、前進クラッチ４１および後退クラッチ４２を解放して、エンジン１の駆動負荷を低減し、エンジン１の回転速度をアイドル回転速度と同等の回転速度とする、アイドルニュートラル制御（Ｎアイドル制御）を行う。Ｎアイドル制御では、発進時の発進性能を改善するために、前進クラッチ圧や後進クラッチ圧を、前進クラッチ４１および後退クラッチ４２を締結させる油圧よりも所定の油圧だけ低い油圧に保たれている。Ｎアイドル制御を終了する場合には、一旦クラッチ指示油圧を大きくし、無効ストローク分を減少させた後に、クラッチ指示油圧を初期油圧（所定油圧）からオープン制御によって上昇させる。

尚、本実施形態では、コントロールユニット２０により、シフトレバー１７がＤレンジ（Ｒレンジ）にあり、ブレーキペダルの踏み込み量が所定値以上であると判断された場合に、Ｎアイドルフラグを設定してＮアイドル制御を実行するものとする。Ｎアイドルフラグは、シフトレバー１７がＤレンジ（Ｒレンジ）にあり、ブレーキペダルの踏み込み量が所定値よりも小さくなった場合にｏｎからｏｆｆとなる。

Ｎアイドル制御を終了してからオープン制御を開始する場合の初期油圧の学習方法について、図２のフローチャートを用いて説明する。ここでは、Ｎアイドルフラグがｏｎからｏｆｆとなった後に行う制御について説明する。

ステップＳ１ではＮアイドルフラグがｏｆｆとなったかどうか判定する。ＮアイドルフラグがｏｆｆとなるとステップＳ２へ進み、Ｎアイドルフラグがｏｆｆとなってはいない場合には、本制御を終了する。（ステップＳ１がクラッチ締結判定手段を構成する。）

ステップＳ２では、プライマリプーリ回転速度センサ２３によって出力されるパルス信号の数をカウントし、パルス信号のカウントを開始してからの計測時間ｔをパルス計測用タイマによって計測する。

ステップＳ３では、パルス信号のカウント数が所定数（第１所定値）ｎとなったかどうか判定する。カウント数が所定値ｎとなった場合には、ステップＳ４へ進み、カウント数が所定数ｎとなっていない場合には、カウントを継続する。Ｎアイドルフラグがｏｆｆとなってからプライマリプーリ回転速度センサ２３によって出力されるパルス信号のカウント数が多くなると、エンジン１からトルクが徐々にプライマリプーリ１０へ伝達されているので、図３に示すように、クラッチトルク容量は大きくなる。そのため、Ｎアイドルフラグがｏｆｆとなってからプライマリプーリ回転速度センサ２３によって出力されるパルス信号の数をカウントすることで、前進クラッチ４１の締結状態を推定することが可能となる。本実施形態では、所定数ｎは、前進クラッチ４１が設定されるクラッチトルク容量となるような値である（ステップＳ３がパルスカウント手段を構成する）。

ステップＳ４では、パルス計測用のタイマをストップし、Ｎアイドルフラグがｏｆｆとなってから、パルス信号のカウント数が所定数ｎとなるまでの計測時間（到達時間）ｔを算出する（ステップＳ４がパルス到達時間算出手段を構成する）。

ステップＳ５では、計測時間ｔと予め設定した目標締結時間（基準時間）Ｔ１との偏差を算出する。目標締結時間Ｔ１は、実験などによって設定され、パルス信号のカウント数が所定数ｎとなる標準的な時間である。

ステップＳ６では、算出した偏差の絶対値と、予め設定した所定値（第２所定値）とを比較する。偏差の絶対値が所定値よりも小さい場合にはステップ７へ進み、偏差の絶対値が所定値よりも大きい場合にはステップＳ１０へ進む。所定値は、後述の学習補正量を算出するかどうかを判定するしきい値であり、センサの誤差などを考慮して設定される。つまり、ステップＳ６では、Ｎアイドルフラグがｏｆｆとなってから、プライマリプーリ回転速度センサ２３によって出力されたパルス信号のカウント数が所定数ｎとなった計測時間ｔが、予め設定された範囲内である場合には、オープン制御開始時の前進クラッチ４１の油圧が正常であると判定して、ステップＳ７へ進む。一方、計測時間ｔが、予め設定された範囲外である場合には、オープン制御開始時の前進クラッチ４１の油圧が正常ではないと判定して、ステップＳ１０へ進む（ステップＳ６が偏差算出手段を構成する）。

ステップＳ７では、締結時間正常カウンタをインクリメントし、締結時間補正カウンタをリセットして、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８では、締結時間正常カウンタが第１指定回数ｍ１となったかどうか判定する。締結時間正常カウンタが第１指定回数ｍ１となった場合、つまり、計測時間ｔがｍ１回連続して正常であると判定された場合には、ステップＳ９へ進み、締結時間正常カウンタが第１指定回数ｍ１となっていない場合には、本制御を終了する。第１指定回数ｍ１は、Ｎアイドルフラグがｏｆｆとなってからの前進クラッチ４１の油圧変化が正常であると判定可能な回数であり、予め設定される。

ステップ９では、Ｎアイドルフラグがｏｆｆとなってからの前進クラッチ４１の油圧変化が正常であると判定して、本制御を終了する。ここでは、締結時間正常カウンタ、締結時間補正カウンタをリセットする。

一方、ステップＳ１０では、締結時間補正カウンタをインクリメントし、締結時間正常カウンタをリセットして、ステップＳ１１に進む。

ステップＳ１１では、締結時間補正カウンタが第２指定回数（所定回数）ｍ２となったかどうか判定する。そして、締結時間補正カウンタが第２指定回数ｍ２となった場合、つまり、計測時間ｔがｍ２回連続して正常ではないと判定された場合には、ステップＳ１２へ進み、締結時間補正カウンタが第２指定回数ｍ２となっていない場合には本制御を終了する。第２指定回数ｍ２は、Ｎアイドルフラグがｏｆｆとなってからの前進クラッチ４１の油圧変化が正常でないと判定する回数であり、予め設定される。

ステップＳ１２では、学習補正量を算出する。学習補正量は、締結時間補正カウンタが第２指定回数ｍ２となった時のステップＳ５によって算出する偏差から、図４に示すマップを用いて算出する。ここでは偏差が正、負の方向に大きくなると、学習補正量はそれぞれ正、負の方向に大きくなる。尚、ｍ２回の偏差の平均を算出して、図４に示すマップから学習補正量を算出してもよい。

以上の制御によって、Ｎアイドル制御を終了してから、プライマリプーリ回転速度センサ２３によって、所定回数ｎのパルス信号が出力された計測時間ｔを計測し、計測時間ｔを用いて、学習補正量を算出する。学習補正量が算出されると、Ｎアイドルフラグがｏｆｆとなり、オープン制御によって前進クラッチ４１の油圧を上昇させる初期油圧を、コントロールユニット（油圧補正手段）２０によって、学習補正量で補正することにより、前進クラッチ４１の油圧変化は、予め設定された油圧変化と略同一となる。

尚、Ｇセンサ２４によって勾配を検出し、車両が所定勾配以上の勾配の路面に停車している場合には、コントロールユニット（カウント禁止手段）２０では上記制御を行わない。これにより、クラッチ初期油圧の学習補正を正確に行うことができる。

次に、本実施形態におけるクラッチ油圧の変化について、図５のタイムチャートを用いて説明する。

時間ｓ１では、Ｎアイドルフラグがｏｆｆとなると、前進クラッチ４１の指示油圧を一旦、クラッチの締結状態における油圧として、前進クラッチ４１の無効ストローク分を減少させる。

時間ｓ２では、前進クラッチ４１の指示油圧を予め設定された初期油圧として、オープン制御によって指示油圧を徐々に高くする。指示油圧が高くなると、前進クラッチ４１の実油圧も次第に高くなる。これによって、前進クラッチ４１が締結を開始し、プライマリプーリ回転速度センサ２３によってパルス信号が出力される。このとき、学習補正量が算出されている場合には、初期油圧を学習補正量によって補正した油圧として、指示油圧をオープン制御によって上昇させる。

時間ｓ３において、プライマリプーリ回転速度センサ２３によって出力されたパルス信号の数が所定回数ｎとなると、Ｎアイドルフラグがｏｆｆとなってからの計測時間ｔと、所定時間Ｔ１との偏差を算出して、その偏差の絶対値と所定値とを比較する。偏差の絶対値が所定回数ｍ１連続して所定値よりも小さい場合には、学習補正量は算出されない。偏差の絶対値が所定回数ｍ２連続して所定値よりも大きい場合には、学習補正量を算出する。

例えば偏差の符号がマイナスの場合、つまり計測時間ｔが目標締結時間Ｔ１よりも短い場合（時間ｔ３’）には、前進クラッチ４１の実油圧が当初設定された油圧よりも高くなっている（図５中一点鎖線）。そのため、オープン制御を開始する時の初期油圧を学習補正量によって、低くなるように補正する。これによって、前進クラッチ４１の実油圧は設定された油圧変化となる。

一方、偏差の符号がプラスの場合、つまり計測時間ｔが目標締結時間Ｔ１よりも長い場合（時間ｔ３’’）には、前進クラッチ４１の実油圧が当初設定された油圧よりも低くなっている（図５中破線）。そのため、オープン制御を開始する時の初期油圧を学習補正量によって、高くなるように補正する。これによって、前進クラッチ４１の実油圧は設定された油圧変化となる。

尚、本実施形態では、シフトレバー１７がＤレンジである場合について説明したが、シフトレバー１７がＲレンジである場合にも、上記制御を行うことが可能である。また、Ｌレンジ、Ｓレンジ、２レンジなどを備えている場合にも、上記制御を行うことが可能である。

上述のように、Ｎアイドルフラグがｏｆｆとなってから、プライマリプーリ回転速度センサ２３によって出力されるパルス信号の数をカウントし、その数が所定数ｎとなった計測時間ｔを算出し、計測時間ｔに基づいてＮアイドルフラグがｏｆｆとなった後に初期油圧を補正することで、クラッチ入力回転数を検出するセンサや、タービン回転速度を検出するセンサを用いずに、クラッチの締結状態を判定することができる。また、センサの数を少なくして、コストを削減し、重量を減少させ、レイアウトの自由度を向上させることができる。また、計測時間ｔに基づいて、初期油圧を補正することができ、前進クラッチ４１締結の際の締結ショックを低減し、さらに前進クラッチ４１の締結遅れを抑制することができる。

Ｎアイドルフラグがｏｆｆとなってからのパルス信号の数が所定数ｎとなった計測時間ｔと、目標締結時間Ｔ１と、の偏差を算出し、その偏差の絶対値がｍ２回連続して、所定値よりも大きい場合に、学習補正量を算出し、初期油圧を補正するので、測定誤差などによる影響を小さくし、正確に初期油圧を補正することができる。

Ｇセンサ２４によって路面の勾配を検出し、路面の勾配が所定勾配よりも大きい場合には、学習補正量を算出するためのカウントを行わないようにすることで、学習補正量を正確に算出することができる。

本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形・変更を含むものである。

Claims (5)

1. プライマリプーリと、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、溝幅に応じてプーリとの接触半径が変化するベルトと、を備えた無段変速機構と、
   エンジンと前記プライマリプーリとの間に介装され、前記エンジンから前記プライマリプーリへ伝達されるトルクを調整可能なクラッチと、
   前記無段変速機構を走行レンジやニュートラルレンジやパーキングレンジの中立位置に切り換えるシフトレバーと、を備えた車両の無段変速機の制御装置において、
   前記プライマリプーリの回転速度を検出してパルス信号を出力するプライマリプーリ回転速度センサと、
   車両停車時に、前記シフトレバーを走行レンジに保持したまま、前記クラッチを締結状態から非締結状態へ変化させるアイドルニュートラル制御を実行すると共に、前記アイドルニュートラル制御実行中に同アイドルニュートラル制御を終了して前記クラッチを非締結状態から締結状態へ変更させる否かを判定するクラッチ締結判定手段と、
   前記クラッチ締結判定手段によって前記クラッチを非締結状態から締結状態へ変更すると判定された場合に前記クラッチに供給する油圧を前記クラッチの無効ストローク分を減少させた後の油圧である所定油圧から高くする油圧制御手段と、
   前記クラッチ締結判定手段によって前記クラッチを非締結状態から締結状態へ変更すると判定された場合に前記クラッチを非締結状態から締結状態へ変更すると判定してから前記プライマリプーリ回転速度センサによって出力された前記パルス信号の数をカウントするパルスカウント手段と、
   前記パルスカウント手段によってカウントした前記パルス信号の数が第１所定値となった場合の到達時間を算出するパルス到達時間算出手段と、
   前記到達時間に基づいて前記所定油圧を補正する油圧補正手段と、を備えた無段変速機の制御装置。
2. 前記油圧制御手段は、オープン制御によって前記所定油圧から前記クラッチに供給する油圧を高くする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. 前記油圧補正手段は、前記到達時間が基準時間よりも長い場合には、前記所定油圧を高くし、前記到達時間が前記基準時間よりも短い場合には、前記所定油圧を低くすることを特徴とする請求項１または２に記載の無段変速機の制御装置。
4. 前記到達時間と前記基準時間との偏差の絶対値を算出する偏差算出手段を備え、
   前記油圧補正手段は、前記偏差と第２所定値とを比較し、前記偏差が前記第２所定値よりも、連続して所定回数大きい場合に、前記所定油圧を補正する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。
5. 前記車両が停車している路面の勾配を検出する勾配検出手段と、
   前記路面の勾配が所定勾配以上である場合には、前記パルス信号の数のカウントを禁止するカウント禁止手段と、を備えることを特徴とする請求項１から４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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