JP5783123B2

JP5783123B2 - 無段変速機の制御装置

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Publication number: JP5783123B2
Application number: JP2012091481A
Authority: JP
Inventors: 邦雄服部; 晋哉豊田; 裕也下里
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2015-09-24
Anticipated expiration: 2032-04-13
Also published as: JP2013221530A

Description

本発明は、無段変速機の制御装置に係り、特に、プライマリプーリとセカンダリプーリとの間に伝動ベルトを巻き掛けるベルト式の無段変速機の制御装置に関する。

車両等に用いられる無段変速機として、入力側のプライマリプーリと出力側のセカンダリプーリとの間に伝動ベルトを巻き掛け、プライマリプーリとセカンダリプーリの有効半径を変更して変速比を連続的に可変するベルト式無段変速機が用いられる。

プライマリプーリとセカンダリプーリは、固定回転体である固定シーブと、油圧等で軸方向に移動可能で固定シーブに対する間隔を変更してプーリとしての有効半径を可変する可動シーブとから構成される。そこで、変速比が与えられると、ベルト滑りが生じないように、プライマリプーリの可動シーブに対する軸方向推力であるプライマリ推力と、セカンダリプーリの可動シーブに対する軸方向推力であるセカンダリ推力とが設定される。

変速比が定常状態であるときは、プライマリ推力もセカンダリ推力も定常推力であるが、変速比が変更される過渡状態のときは、ベルト滑りを防止するために、定常推力に加えて差推力が加算される。加算される差推力は変速差推力と呼ばれる。

車両において急にアクセルペダルを踏み込むと、目標回転数が高くなるので、変速比が急変する。変速比が急変すると、変速比の単位時間当たりの変化量である変速速度が増大する。変速速度があまりにも速すぎると、変速差推力の加算が間に合わずにベルト滑りが生じ得る。

そこで、特許文献１では、ベルト式無段変速機の変速制御装置として、変速速度が予め設定された所定値以上となると、変速比を一定に維持するためのフィードバック制御における比例補正量、微分補正量、積分補正量といった補正量を、変速速度に応じて減少させ、これによって変速速度を抑制することが開示されている。

特許文献２には、車両用無段変速機の制御装置として、目標入力軸回転速度と実入力軸回転速度との回転偏差に基づくフィードバック制御に加え、目標入力軸回転速度を用いる場合よりも変速開始を早めるために、第２目標入力軸回転速度を用いてフィードフォワード制御を行うことが述べられている。

特許文献３には、自動車用無段変速機の制御装置において、セカンダリ圧調整弁とセカンダリプーリとの間の油路にオリフィスが設けられ、油圧センサがオリフィスとセカンダリ圧調整弁との間に設けられていることから、セカンダリ圧を変更して油圧センサの検出値が上昇しても、セカンダリプーリの実油圧が上昇するには遅れがあることを指摘している。そこで、変速動作が高速に切り換わっていることを含む補正条件が成立したら、目標セカンダリ圧を増大補正することが述べられている。

特開２００５−２７３８５０号公報特開２０１１−１４０９９５号公報特開２００７−１２０７３２号公報

変速比を変更するときに、目標変速時間と目標変速比変化量で決まる目標変速速度で変速制御を実行することになる。変速比を変更すると変速差推力が必要になるが、一般的に無段変速機の油圧には、ベルト耐久性やベルトトルク容量等で定まる上下限がある。そこで、目標変速速度が速いと、それに対応する変速差推力が油圧の上下限で制限されることが生じ得る。変速差推力が十分でないと、目標変速比と実変速比との間に乖離が生じる。

このような場合に、実変速比を目標変速比にフィードバックして乖離を是正することが可能であるが、フィードバックの制御遅れがあるために、時間がかかる。また、目標変速速度に応じて変速差推力をフィードフォワード制御で与えることで変速追従性を向上させることが可能であるが、変速差推力を大きくしていくと上記の上下限の制限に当たり、必要な変速差推力が持続できなくなり、変速が持続しなくなる。

本発明の目的は、目標変速速度に応じて変速差推力をフィードフォワード制御で与えるときに、目標変速速度に関わらず、フィードフォワード制御で変速を完了させるために必要な推力を出すことが可能な無段変速機の制御装置を提供することである。

本発明に係る無段変速機の制御装置は、プライマリプーリ、及びセカンダリプーリ、及びプライマリプーリとセカンダリプーリとの間に巻き掛けられる伝動ベルトを有し、プライマリプーリにおける入力側推力とセカンダリプーリにおける出力側推力を各々制御することで伝動ベルトの滑りを防止しつつ実変速比を目標変速比にする制御を行う無段変速機の制御装置であって、目標変速比に基づいて出力側推力と入力側推力を算出する推力算出部と、変速比が変化するときに伝動ベルトの滑りを防止するための入力側推力と出力側推力に加減される差推力である変速差推力を目標変速比に応じて算出する変速差推力算出部と、実際に出すことが可能な推力の制限値、及び無段変速機の変速特性を有する所定の制御モデルに基づいて、出力側推力の目標値と入力側推力の目標値から変速比を推定する変速比推定部と、を備え、変速差推力算出部は、目標変速時間に応じた所定の制御ゲインを目標変速比に乗じて変速差推力を算出するフィードフォワード手段であり、変速比推定部は、変速差推力算出部の目標変速比に対して推力の制限値の下で推定した変速比をフィードバックするフィードバック手段であり、所定の制御モデルは、出力側推力の目標値と入力側推力の目標値に対して適用される上下限の推力の制限値を有する推力制約モデルと、推力の制限値が適用された出力側推力の目標値と入力側推力の目標値に対して制御の１次遅れ特性を付加する１次遅れモデルと、１次遅れモデルの算出結果に、変速差推力と変速速度の間のゲインを適用して変速比を推定する無段変速機の変速特性モデルと、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る無段変速機の制御装置において、１つの油圧センサを用いて、プライマリプーリとセカンダリプーリの両方の推力制御を行うことが好ましい。

また、本発明に係る無段変速機の制御装置において、推力制約モデルは、伝動ベルトの耐久性または油圧制御弁のソレノイド特性に基づく上限の推力制限値と、伝動ベルトのトルク容量または指示油圧がゼロのときに残るオーバライド残圧に基づく下限の推力制限値とを含むモデルであることが好ましい。

また、本発明に係る無段変速機の制御装置において、変速差算出部における所定の制御ゲインは、変速差推力と変速速度の間のゲインと目標変速時間に基づいて設定されることが好ましい。

上記構成により、無段変速機の制御装置は、目標変速比に基づいて出力側推力と入力側推力を算出し、変速差推力を目標変速比に応じて算出し、推力の制限値を有する所定の制御モデルに基づいて変速比を推定する。そして、目標変速時間に応じた所定の制御ゲインを目標変速比に乗じて変速差推力を算出するときの目標変速比に対して推力の制限値の下で推定した変速比をフィードバックする。

このように、目標変速速度に応じて変速差推力がフィードフォワード制御で与えられ、その変速差推力を算出するときに用いられる目標変速比に対し推力の制限値の下で推定した変速比がフィードバックされる。このフィードバックによって、目標変速速度に対応する目標変速時間の間は変速制御が継続される。したがって、目標変速速度に関わらず、目標変速時間が終わるまで、フィードフォワード制御で変速を完了させるために必要な推力を出すことができる。

また、無段変速機の制御装置において、所定の制御モデルとして出力側推力の目標値と入力側推力の目標値に対して適用される上下限の推力の制限値を有する推力制約モデルを用いて変速比を推定する。この推定値をフィードバックするので、推力の制限値の下で適切な変速制御を行うことができる。

また、無段変速機の制御装置において、推力制約モデルは、伝動ベルトの耐久性または油圧制御弁のソレノイド特性に基づく上限の推力制限値と、伝動ベルトのトルク容量または指示油圧がゼロのときに残るオーバライド残圧に基づく下限の推力制限値とを含む。これによって、目標変速速度に関わらず、推力の制限値の下の変速比を適切に推定できる。

また、無段変速機の制御装置において、変速差算出部における所定の制御ゲインは、変速差推力と変速速度の間のゲインと目標変速時間に基づいて設定される。これによって、目標変速時間に応じた変速差推力をフィードフォワードで与えることができる。

本発明に係る実施の形態の無段変速機の制御装置を含む車両制御システムの構成図である。本発明に係る実施の形態の無段変速機の制御装置の制御対象である無段変速機と油圧制御回路の構成図である。本発明に係る実施の形態における推力算出部に関するブロック図である。本発明に係る実施の形態において、変速比と入力側推力比の関係を示す図である。本発明に係る実施の形態において、変速速度と出力側変速差推力の関係を示す図である。本発明に係る実施の形態において、変速比と出力側推力比の関係を示す図である。本発明に係る実施の形態において、変速速度と入力側変速差推力の関係を示す図である。本発明に係る実施の形態における変速差算出部と変速比推定部に関するブロック図である。本発明に係る実施の形態において、入力側変速差推力から出力側変速差推力を求める変換図の例である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、油圧センサとして、セカンダリプーリに供給される油圧を検出するためにのみ設けるものとするが、これは説明のための一例である。プライマリプーリに供給される油圧を検出するためにのみ油圧センサを設けてもよく、セカンダリプーリとプライマリプーリの両方に関して油圧センサを設けるものとしてもよい。

以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、車両制御システム１０の構成を示す図である。車両制御システムは、エンジン１２と、トルクコンバータ１４と、前後進切換装置１６と、無段変速機１８と、油圧制御回路２０と、エンジン出力制御装置３０と、無段変速機の制御装置４０を含んで構成される。

エンジン１２は、車両の走行用の駆動力源として用いられる内燃機関である。トルクコンバータ１４は、エンジン１２のクランク軸に接続される流体式伝動装置である。前後進切換装置１６は、トルクコンバータ１４の出力側部材であるタービン軸に接続され、前進用クラッチと後進用ブレーキと遊星歯車機構を含んで構成され、前進のときは前進方向の駆動力を無段変速機１８に伝達し、後進のときは後進方向の駆動力を無段変速機１８に伝達する機能を有する動力伝達経路切替手段である。

無段変速機１８は、有効径が可変のプライマリプーリと、有効径が可変のセカンダリプーリと、これらの間に巻き掛けられた伝動ベルトを備え、プライマリプーリとセカンダリプーリと伝動ベルトとの間の摩擦力を介して動力伝達を行う機能を有する。図１では、ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙＶａｒｉａｂｌｅＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎの略であるＣＶＴとして、無段変速機１８を示してある。

油圧制御回路２０は、プライマリプーリの有効径を変更するための油圧と、セカンダリプーリの有効径を変更するための油圧を生成する機能を有する油圧回路である。無段変速機１８と油圧制御回路２０の詳細については図２を用いて後述する。

エンジン出力制御装置３０は、図示されていないスロットルアクチュエータ、燃料噴射装置、点火装置等に制御信号を伝送して、所望のエンジン出力が得られるように制御する機能を有する。

無段変速機の制御装置４０は、プライマリプーリにおける入力側推力とセカンダリプーリにおける出力側推力を各々制御することで伝動ベルトの滑りを防止しつつ実変速比を目標変速比にする制御を行う機能を有する。かかる無段変速機の制御装置４０は、車両の搭載に適したコンピュータで構成することができる。

無段変速機の制御装置４０は、目標変速比に基づいて出力側推力と入力側推力を算出する推力算出部４２と、変速比が変化するときに伝動ベルトの滑りを防止するための入力側推力と出力側推力に加減される差推力である変速差推力を目標変速比に応じて算出する変速差推力算出部４６と、実際に出すことが可能な推力の制限値、及び無段変速機の変速特性を有する所定の制御モデルに基づいて、出力側推力の目標値と入力側推力の目標値から変速比を推定する変速比推定部４８を含んで構成される。

かかる機能は、ソフトウェアを実行することで実現でき、具体的には、無段変速機の制御プログラムを実行することで実現できる。これらの機能の一部をハードウェアによって実現するものとしてもよい。

図２は、無段変速機１８と油圧制御回路２０の詳細を示す図である。無段変速機１８は、プライマリプーリ５２と、セカンダリプーリ６０と、伝動ベルト６８を含んで構成される。

プライマリプーリ５２は、前後進切換装置１６の出力軸を入力軸５０として、入力軸５０に設けられる入力側部材としての可変プーリである。プライマリプーリ５２は、入力軸５０に固定された入力側固定回転体としての入力側固定シーブ５４と、入力軸５０に対して軸周りの相対回転は不能であるが、軸方向の移動が可能である入力側可動回転体としての入力側可動シーブ５６を含んで構成される。入力側固定シーブ５４と入力側可動シーブ５６は、互いに向かい合った円錐状の形状を有しており、円錐の角度がシーブ角αとして図２に示されている。

プライマリ側油圧シリンダ５８は、入力側固定シーブ５４と入力側可動シーブ５６との間のＶ溝幅を変更するために、入力側推力であるプライマリ推力Ｗ_inを入力側可動シーブ５６に付与する油圧アクチュエータである。プライマリ推力Ｗ_inは、油圧制御回路２０から供給されるプライマリ圧Ｐ_inに受圧面積を乗じて得られる押付力である。

セカンダリプーリ６０は、車両の駆動輪側に設けられる減速装置への出力軸５１に設けられる出力側部材としての可変プーリである。セカンダリプーリ６０は、出力軸５１に固定された出力側固定回転体としての出力側固定シーブ６２と、出力軸５１に対して軸周りの相対回転は不能であるが、軸方向の移動が可能である出力側可動回転体としての出力側可動シーブ６４を含んで構成される。出力側固定シーブ６２と出力側可動シーブ６４は、入力側固定シーブ５４と入力側可動シーブ５６と同じシーブ角αの円錐状の形状を有している。

セカンダリ側油圧シリンダ６６は、出力側固定シーブ６２と出力側可動シーブ６４との間のＶ溝幅を変更するために、出入力側推力であるセカンダリ推力Ｗ_outを出力側可動シーブ６４に付与する油圧アクチュエータである。セカンダリ推力Ｗ_outは、油圧制御回路２０から供給されるセカンダリ圧Ｐ_outに受圧面積を乗じて得られる押付力である。

伝動ベルト６８は、プライマリプーリ５２のＶ溝とセカンダリプーリ６０のＶ溝との間に巻き掛けられる。そして、油圧制御回路２０によって、プライマリ圧Ｐ_inとセカンダリ圧Ｐ_outがそれぞれ独立に調圧制御されることで、プライマリ推力Ｗ_inとセカンダリ推力Ｗ_outがそれぞれ直接的にあるいは間接的に制御される。これによって、プライマリプーリ５２のＶ溝幅が変化して、伝動ベルト６８の掛り径である有効径Ｒ_inが変更され、セカンダリプーリ６０のＶ溝幅が変化して、伝動ベルト６８の掛り径である有効径Ｒ_outが変更される。

変速比γは、（入力軸回転速度Ｎ_in／出力軸回転速度Ｎ_out）であり、（有効径Ｒ_out／有効径Ｒ_in）である。したがって、プライマリ圧Ｐ_inとセカンダリ圧Ｐ_outの制御によってプライマリ推力Ｗ_inとセカンダリ推力Ｗ_outを変更することで、変速比γを連続的に変更することができると共に、伝動ベルト６８が滑りを生じないように、プライマリプーリ５２とセカンダリプーリ６０と伝動ベルト６８との間の摩擦力であるベルト挟圧力が制御される。図２では、プライマリプーリ５２と伝動ベルト６８との間の摩擦係数をμ_in、セカンダリプーリ６０と伝動ベルト６８との間の摩擦係数をμ_outとして示した。

無段変速機１８では、例えば、プライマリ圧Ｐ_inが高められると、プライマリプーリ５２のＶ溝幅が狭くされて変速比γが小さくされる。すなわち、無段変速機１８がアップシフトされる。また、プライマリ圧Ｐ_inが低められると、プライマリプーリ５２のＶ溝幅が広くされて変速比γが大きくされる。すなわち、無段変速機１８がダウンシフトされる。したがって、プライマリプーリ５２のＶ溝幅が最小とされるところで、無段変速機１８の変速比γが最小変速比となる。逆に、プライマリプーリ５２のＶ溝幅が最大とされるところで、無段変速機１８の変速比γが最大変速比となる。もっとも、プライマリ圧Ｐ_inとセカンダリ圧Ｐ_outとにより伝動ベルト６８の滑りが防止されつつ、プライマリ推力Ｗ_inとセカンダリ推力Ｗ_outとの相互関係によって目標変速比γ^*が実現されるのであって、いずれか一方のプーリ圧あるいは推力のみで目標の変速が実現されるものではない。

油圧制御回路２０は、オイルバス７０、ストレーナ７２、オイルポンプ７４、ライン油圧調圧バルブ７６、元圧リニアソレノイド弁７８、モジュレータバルブ８０、プライマリリニアソレノイド弁８２、プライマリ圧コントロールバルブ８４、セカンダリリニアソレノイド弁８６、セカンダリ圧コントロールバルブ８８、オリフィス９０、油圧センサ９４を含んで構成される。

ライン油圧調圧バルブ７６はリリーフ型の油圧制御弁で、元圧リニアソレノイド弁７８の出力油圧である制御油圧Ｐ_SLTに基づいて、オイルポンプ７４から出力される作動油圧を元圧として、エンジン負荷等に応じた値に調圧されたライン油圧Ｐ_Lを生成する機能を有する。制御油圧Ｐ_SLTは、プライマリ圧Ｐ_inおよびセカンダリ圧Ｐ_outの高い方の油圧に所定の余裕分を加えた油圧がライン油圧Ｐ_Lとして得られるように設定される。

モジュレータバルブ８０は、ライン油圧Ｐ_Lを元圧として、モジュレータ油圧Ｐ_Mを生成する機能を有する油圧制御弁である。モジュレータ油圧Ｐ_Mは、元圧リニアソレノイド弁７８が出力する制御油圧Ｐ_SLT、プライマリリニアソレノイド弁８２が出力する制御油圧Ｐ_SLP、セカンダリリニアソレノイド弁８６が出力する制御油圧Ｐ_SLSのそれぞれの元圧となる油圧である。

プライマリ圧コントロールバルブ８４は、プライマリリニアソレノイド弁８２が出力する制御油圧Ｐ_SLPをパイロット圧として、ライン油圧Ｐ_Lをプライマリ圧Ｐ_inに調圧制御してプライマリプーリ５２のプライマリ側油圧シリンダ５８に供給する機能を有する。

同様に、セカンダリ圧コントロールバルブ８８は、セカンダリリニアソレノイド弁８６が出力する制御油圧Ｐ_SLSをパイロット圧として、ライン油圧Ｐ_Lをセカンダリ圧Ｐ_outに調圧制御してセカンダリプーリ６０のセカンダリ側油圧シリンダ６６に供給する機能を有する。

オリフィス９０は、フェールセーフ等を目的として、プライマリ圧コントロールバルブ８４の出力側とプライマリ側油圧シリンダ５８とを結ぶ油路に設けられる絞り装置である。オリフィス９０を設けることで、仮に、プライマリリニアソレノイド弁８２が故障しても、プライマリ側油圧シリンダ５８の内圧が急減せず、これによって車両の急減速が抑制される。同様に、オリフィス９２が、フェールセーフ等を目的として、セカンダリ圧コントロールバルブ８８の出力側とセカンダリ側油圧シリンダ６６とを結ぶ油路に設けられる。これによって、セカンダリ圧コントロールバルブ８８の故障に起因するベルト滑りが防止される。

油圧センサ９４は、セカンダリプーリ６０に作用する実セカンダリ圧Ｐ_outを検出する圧力検出手段である。検出された実セカンダリ圧Ｐ_outは、目標セカンダリ推力Ｗ_out ^*に対応する目標セカンダリ圧Ｐ_out ^*と比較されて、実セカンダリ圧Ｐ_outを目標セカンダリ圧Ｐ_out ^*にするフィードバック制御が行われる。これによって、セカンダリプーリ６０について、精度よくプーリ圧を制御することが可能になる。

プライマリプーリ５２側には油圧センサが設けられないが、プライマリプーリ５２側でもベルト滑りを起こさないことを保証するために、変速比偏差Δγに基づくフィードバック制御が実行される。Δγは、目標変速比をγ^*とし、実変速比をγとして、Δγ＝（γ^*−γ）で与えられる。

図３は、セカンダリプーリ６０側にのみ油圧センサ９４が設けられる場合に、必要最小限の推力で目標の変速とベルト滑り防止とを両立させて、車両の燃費低下を抑制するための制御構造を示すブロック図である。図３において破線枠で囲んだ２つの部分は、無段変速機の制御装置４０の推力算出部４２の内容を示している。推力算出部４２は、セカンダリプーリ６０側の目標推力演算部１０２と、プライマリプーリ５２側の目標推力演算部１０４で構成される。

セカンダリプーリ６０側の目標推力演算部１０２において、セカンダリ側滑り限界推力演算のブロックは、実変速比γと無段変速機１８の出力トルクＴ_OUTに基づいてセカンダリ側の滑り限界推力Ｗ_outlmtを算出する。同様に、プライマリ側滑り限界推力演算のブロックも、実変速比γと無段変速機１８の入力トルクＴ_INに基づいてプライマリ側の滑り限界推力Ｗ_inlmtを算出する。

具体的には、プライマリプーリ５２の入力トルクとしての無段変速機１８の入力トルクをＴ_IN、セカンダリプーリ６０の入力トルクとしての無段変速機１８の出力トルクをＴ_OUT、シーブ角をα、プライマリプーリ５２と伝動ベルト６８との間の摩擦係数をμ_in、セカンダリプーリ６０と伝動ベルト６８との間の摩擦係数をμ_out、プライマリプーリ５２における伝動ベルト６８の掛り径である有効径をＲ_in、セカンダリプーリ６０における伝動ベルト６８の掛り径である有効径をＲ_outとして、次式で、セカンダリ側の滑り限界推力Ｗ_outlmtとプライマリ側の滑り限界推力Ｗ_inlmtを算出する。
Ｗ_outlmt＝（Ｔ_OUT×ｃｏｓα）／（２×μ_out×Ｒ_out）
Ｗ_inlmt＝（Ｔ_IN×ｃｏｓα）／（２×μ_in×Ｒ_in）

演算されたプライマリ側の滑り限界推力Ｗ_inlmtについて、加算器を用いて制御マージンＷ_mgnが加算される。これは、油圧制御回路２０等の固体差による物理特性のばらつき分を考慮するためである。物理特性のばらつきとは、後述するように、推力比τを求めるとき、差推力を求めるときに、予め事前に準備したマップ等を用いるが、そのマップは、特定の油圧制御回路２０等に基づくものであるので、これらに個体差があるときは、マップに誤差が生じるためである。

セカンダリ定常推力演算のブロックは、変速比が一定の定常状態におけるセカンダリ側の推力を算出する。ここでは、プライマリ側で算出された（プライマリ側の滑り限界推力Ｗ_inlmt＋制御マージンＷ_mgn）の値をセカンダリ側の値に換算する。すなわち、入力側推力比τ_in＝（Ｗ_out／Ｗ_in）を用いて、（Ｗ_inlmt＋Ｗ_mgn）×τ_inを、セカンダリ定常推力Ｗ_outblとする。

ここでは、まだＷ_outもＷ_inも定まってなく、わかっているのは目標変速比γ^*だけである。そこで、プライマリ側安全率ＳＦ_in＝（Ｗ_in／Ｗ_inlmt）を考慮して、目標変速比γ^*から入力側推力比τ_inを求める。図４は、目標変速比γ^*をパラメータとして、プライマリ側安全率ＳＦ_inの逆数ＳＦ_in ^-1＝（Ｗ_inlmt／Ｗ_in）と入力側推力比τ_inとの関係を示すマップの一例である。図４において、ＳＦ_in ^-1が正の値のときはプライマリプーリ５２が駆動状態のとき、負の値のときはプライマリプーリ５２が被駆動状態のときである。すなわち、プライマリプーリ５２が被駆動状態のときは、入力トルクＴ_INが負の値となるので、ＳＦ_in ^-1も負の値となる。このようなマップを予め実験等で求めておき、これに基づいて、目標変速比γ^*に対応する入力側推力比τ_inを求めることができる。

再び図３に戻り、セカンダリ換算差推力演算のブロックは、変速比が変化するときに伝動ベルト６８の滑りを防止するためにセカンダリ定常推力Ｗ_outblに加算すべき差推力である出力側変速差推力ΔＷ_outを算出する。

変速比が変化するときは、目標変速比変化量と目標変速時間に基づいて単位時間当たりの変速比変化量である目標変速速度が算出される。目標変速速度は、単位時間当たりの変速比γの変化量Δγであるが、具体的には、伝動ベルト６８のベルトエレメントであるベルトブロック１個当たりのプーリ移動量で定義することができる。ここで、単位時間当たりのプーリの軸方向移動量をｄＸとし、単位時間当たりにプーリに噛みこむベルトブロックの個数をｄＮ_elmとすると、目標変速速度＝（ｄＸ／ｄＮ_elm）である。

図５は、目標変速速度と出力側変速差推力ΔＷ_outの関係を示す図である。この図に示されるように、目標変速速度が大きいほど、出力側変速差推力ΔＷ_outは大きな値が必要となる。このようなマップを予め実験等で求めておき、これに基づいて、目標変速速度から出力側変速差推力ΔＷ_outを求めることができる。図５では、目標変速速度と出力側変速差推力ΔＷ_outの関係が直線的特性として示されるが、一般的には、目標変速速度と出力側変速差推力ΔＷ_outの関係は非線形で、近似的に直線的特性とできる。

再び図３に戻り、セカンダリ定常推力Ｗ_outblと出力側変速差推力ΔＷ_outは加算器で加算され、セカンダリ側変速制御推力＝（Ｗ_outbl＋ΔＷ_out）が算出される。ＭＡＸセレクトのブロックは、セカンダリ側変速制御推力＝（Ｗ_outbl＋ΔＷ_out）の値と、セカンダリ側滑り限界推力Ｗ_outlmtの間の大小を比較し、大きい方をセカンダリ目標推力Ｗ_outtgtとする。

このように、セカンダリ目標推力を単純にセカンダリ側滑り限界推力Ｗ_outlmtとせずに、プライマリ側滑り限界推力に制御マージンと差推力を考慮してセカンダリ側に換算した値と比較するのは、油圧センサ９４がセカンダリ側に設けられているからである。すなわち、実セカンダリ圧Ｐ_outはフィードバック制御によって目標セカンダリ圧Ｐ_out ^*にすることができるので、プライマリ側の推力もセカンダリ側の推力に換算して、両者の比較で大きい方に目標セカンダリ圧を設定する。これによって、セカンダリプーリ６０側の滑り限界推力を確保することは勿論のこと、プライマリプーリ５２側の滑り限界推力も確保する。つまり、１つの油圧センサ９４を用いて、プライマリプーリ５２とセカンダリプーリ６０の両方のトルク容量保証を行うことができる。

圧力変換のブロックは、セカンダリ目標推力Ｗ_outtgtをセカンダリ指示圧である目標セカンダリ圧Ｐ_out ^*に換算する。具体的には、セカンダリ目標推力Ｗ_outtgtをセカンダリ側油圧シリンダ６６の受圧面積で除した値を目標セカンダリ圧Ｐ_out ^*とすることができる。

以上が、セカンダリプーリ６０側の目標推力演算部１０２に関連する説明である。次にプライマリプーリ５２側の目標推力演算部１０４に関連する説明を行う。

図３においてτ_outのブロックは、セカンダリ目標推力Ｗ_outtgtをプライマリ定常推力に換算するために用いられる。τ_outは、τ_inと同様に、セカンダリ側安全率ＳＦ_out＝（Ｗ_out／Ｗ_outlmt）を考慮して、目標変速比γ^*から出力側推力比τ_outを求める。図６は、図４に対応する図で、目標変速比γ^*をパラメータとして、セカンダリ側安全率ＳＦ_outの逆数ＳＦ_out ^-1＝（Ｗ_outlmt／Ｗ_out）と出力側推力比τ_outとの関係を示すマップの一例である。

再び図３に戻り、プライマリ定常推力演算のブロックは、Ｗ_outtgtをτ_outで除して、プライマリ定常推力Ｗ_inblを算出する。
プライマリ換算差出力演算のブロックは、変速比が変化するときに伝動ベルト６８の滑りを防止するためにプライマリ定常推力Ｗ_inblに加算すべき差推力である入力側変速差推力ΔＷ_inを算出する。ここでは、セカンダリ換算差出力演算と同様に、目標変速速度から入力側変速差推力ΔＷ_inを求めることができる。図７は、図５に対応する図である。

変速速度が遅いときは、図７のマップを用いて目標変速速度から入力側変速差推力ΔＷ_inを算出する方法でも十分であるが、変速速度が速い場合には、プライマリ圧Ｐ_inが元々有している上下限の限界に基づくプライマリ推力Ｗ_inの制限に当たってしまって、入力側変速差推力ΔＷ_inを確保できないことが生じ得る。この課題に対する対応については、図８を用いて後述する。すなわち、変速速度に関わりない変速制御を行うためには、図７をそのまま用いるのではなく、後述の図８の制御を用いる。

プライマリ定常推力Ｗ_inblと入力側変速差推力ΔＷ_inは加算器で加算され、プライマリＦＦ目標推力Ｗ_intgtffが算出される。ＦＦは、フィードフォワードを示し、ここでは、目標変速速度に応じて変速差推力が算出されて、プライマリＦＦ目標推力Ｗ_intgtffにフィードフォワードされることを示している。

ＦＢ制御量演算のブロックは、実変速比γを目標変速比γ^*と一致させるためのフィードバック制御量であるプライマリＦＢ目標推力Ｗ_intgtfbを算出する。これは、プライマリ側に油圧センサが設けられないことから、変速比のフィードバック制御によって、プライマリ推力を適切なものとするためである。

具体的には、ＰＩＤ制御を用いて、Ｗ_intgtfb＝Ｋ_P×Δγ＋Ｋ_I×（Δγの積分）＋Ｋ_D×（Δγの微分）で算出が行われる。ここで、Ｋ_P，Ｋ_I，Ｋ_Dは、それぞれ定数である。

プライマリＦＦ目標推力Ｗ_intgtffとプライマリＦＢ目標推力Ｗ_intgtfbは加算器で加算され、プライマリ目標推力Ｗ_intgtが算出される。

圧力変換のブロックは、プライマリ目標推力Ｗ_intgtをプライマリ指示圧である目標プライマリ圧Ｐ_in ^*に換算する。具体的には、プライマリ目標推力Ｗ_intgtをプライマリ側油圧シリンダ５８の受圧面積で除した値を目標プライマリ圧Ｐ_in ^*とすることができる。

以上が、プライマリプーリ５２側の目標推力演算部１０４に関連する説明である。次に、変速速度に関わりない変速制御を行うための変速差推力の算出について図８を用いて説明する。図８は、目標変速比γ^*から入力側変速差推力ΔＷ_inを算出する制御を示すブロック図である。この制御は、無段変速機の制御装置４０の変速差推力算出部４６と、変速比推定部４８の機能によって実行される。

変速差推力算出部４６は、入力側変速差推力ΔＷ_inを目標変速比γ^*に応じて算出する。具体的には、目標変速時間に応じた所定の制御ゲインｋを目標変速比γ^*に乗じて入力側変速差推力ΔＷ_inを算出することができる。所定の制御ゲインｋは、入力側変速差推力ΔＷ_inと変速速度の間のゲインと目標変速時間に基づいて設定される。入力側変速差推力ΔＷ_inと変速速度の間のゲインは、図７に示される目標変速速度に対する入力側変速差推力ΔＷ_inの傾きである。

図８に示されるように、変速差推力算出部４６は、所定の制御ゲインｋを目標変速比γ^*に乗じて入力側変速差推力ΔＷ_inを算出するフィードフォワード手段である。図８では、フィードフォワード経路１１２が示されている。

変速比推定部４８は、実際に出すことが可能な推力の制限値、及び無段変速機１８の変速特性を有する所定の制御モデルに基づいて、出力側推力の目標値であるセカンダリ目標推力Ｗ_outtgtと、入力側推力の目標値であるプライマリＦＦ目標推力Ｗ_intgtffからモデル変速比を推定する。変速比推定部４８は、フィードフォワード手段である変速差推力算出部４６によって算出された入力側変速差推力ΔＷ_inを入力とし、推定されたモデル変速比を推定変速比として、目標変速比γ^*に対し出力するフィードバック手段である。図８では、フィードバックループ１１４が示されている。

変速比推定部４８は、３つのモデルから構成される。１つは、推力制約モデル１０６であり、２つ目は、１次遅れモデル１０８であり、３つ目は、無段変速機１８の変速特性モデル１１０である。

推力制約モデル１０６は、出力側推力の目標値であるセカンダリ目標推力Ｗ_outtgtと、入力側推力の目標値であるプライマリＦＦ目標推力Ｗ_intgtffに対してそれぞれ適用される上下限の推力の制限値を有するモデルである。この推力制約モデル１０６を用いることで、セカンダリ目標推力Ｗ_outtgtの上下限が制限されて保護され、プライマリＦＦ目標推力Ｗ_intgtffの上下限が制限されて保護される。推力制約モデル１０６の出力は、上下限が制約された後のセカンダリ目標推力Ｗ_outtgtの値とプライマリＦＦ目標推力Ｗ_intgtffの値である。

推力制約モデル１０６において、上限の推力制限値の例は、伝動ベルト６８の耐久性に基づく上限値、または油圧制御弁である元圧リニアソレノイド弁７８、プライマリリニアソレノイド弁８２、セカンダリリニアソレノイド弁８６等のソレノイド特性に基づく上限値である。下限の推力制限値の例は、伝動ベルト６８のトルク容量に基づく下限値、または指示油圧がゼロのときに残るオーバライド残圧に基づく下限値である。

１次遅れモデル１０８は、推力制約モデル１０６の２つの出力値に対してそれぞれ適用される油圧制御回路２０等における油圧の応答遅れ特性を有するモデルである。例えば、ライン油圧調圧バルブ７６、モジュレータバルブ８０、プライマリ圧コントロールバルブ８４、セカンダリ圧コントロールバルブ８８等における入力油圧に対する出力油圧の応答遅れが１次遅れモデルとして表される。１次遅れモデル１０８の出力は、上下限が制約された後のセカンダリ目標推力Ｗ_outtgtの値とプライマリＦＦ目標推力Ｗ_intgtffの値のそれぞれに対し、応答遅れが付与された値である。

無段変速機１８の変速特性モデル１１０は、１次遅れモデル１０８の出力に対し、変速差推力と変速速度の間のゲインを適用し、変速比を推定して、モデル変速比として出力する。

具体的には、１次遅れモデル１０８の２つの出力の中のセカンダリ目標推力Ｗ_outtgtに対応する値を出力側推力比τ_outで除してプライマリ側推力に変換し、その値から１次遅れモデル１０８の２つの出力の中のプライマリＦＦ目標推力Ｗ_intgtffに対応する値を減算する。これによって、セカンダリプーリ６０におけるベルト挟圧とプライマリプーリ５２におけるベルト挟圧の差が求められる。この量の次元は推力である。

これに、図８でｍとして示されるゲインを乗じて、変速速度の次元の量を求める。ゲインｍとしては、入力側変速差推力ΔＷ_inと変速速度の間のゲインを用いることができる。入力側変速差推力ΔＷ_inと変速速度の間のゲインは、図７に示される目標変速速度に対する入力側変速差推力ΔＷ_inの傾きである。

このようにして得られる変速速度の次元の量を時間で積分することで、変速比の次元となる。これをモデル変速比として、推力制約モデル１０６と１次遅れモデル１０８と無段変速機１８の変速特性モデル１１０によって推定された変速比とする。推定された変速比は、変速差推力算出部４６の目標変速比γ^*にフィードバックされる。

このようにして、目標変速比γ^*から入力側変速差推力ΔＷ_inが算出される。入力側変速差推力ΔＷ_inと出力側変速差推力ΔＷ_inの間の関係は図５と図７から求められる。その例を図９に示す。図９のような変換図等を用いて、入力側変速差推力ΔＷ_inに対応する出力側変速差推力ΔＷ_outが算出される。

図８の構成を用いることで、まず、目標変速比に応じて変速差推力をフィードフォワード制御で与えることができる。これによって、変速速度が速いときでも、フィードバック制御に比較して、追従性を向上させることができる。次に、変速速度が速い場合に変速差推力を大きくしようとして、推力の上下限に当たる場合でも、推力制約モデル１０６と１次遅れモデル１０８と無段変速機１８の変速特性モデル１１０によって推定された変速比がフィードフォワード制御に対しフィードバックされる。

フィードバックによって戻された推定変速比が目標変速比γ^*と一致するまで、フィードバック制御は継続する。したがって、目標変速速度が遅くて推力制限を受けないときは勿論、目標変速速度が速くて勢力制限を受けるときでも、フィードフォワード制御で変速を完了させるために必要な推力を継続して出すことが可能となる。これにより、目標変速速度に応じて変速差推力をフィードフォワード制御で与える場合に、従来の課題であった目標変速速度が大きい領域での変速持続性が保証される。

本発明に係る無段変速機の制御装置は、車両に搭載されるベルト式無段変速機に利用できる。

１０車両制御システム、１２エンジン、１４トルクコンバータ、１６前後進切換装置、１８無段変速機、２０油圧制御回路、３０エンジン出力制御装置、４０制御装置、４２推力算出部、４６変速差推力算出部、４８変速比推定部、５０入力軸、５１出力軸、５２プライマリプーリ、５４入力側固定シーブ、５６入力側可動シーブ、５８プライマリ側油圧シリンダ、６０セカンダリプーリ、６２出力側固定シーブ、６４出力側可動シーブ、６６セカンダリ側油圧シリンダ、６８伝動ベルト、７０オイルバス、７２ストレーナ、７４オイルポンプ、７６ライン油圧調圧バルブ、７８元圧リニアソレノイド弁、８０モジュレータバルブ、８２プライマリリニアソレノイド弁、８４プライマリ圧コントロールバルブ、８６セカンダリリニアソレノイド弁、８８セカンダリ圧コントロールバルブ、９０，９２オリフィス、９４油圧センサ、１０２セカンダリ目標推力演算部、１０４プライマリ目標推力演算部、１０６推力制約モデル、１０８１次遅れモデル、１１０変速特性モデル、１１２フィードフォワード経路、１１４フィードバックループ。

Claims

プライマリプーリ、及びセカンダリプーリ、及びプライマリプーリとセカンダリプーリとの間に巻き掛けられる伝動ベルトを有し、プライマリプーリにおける入力側推力とセカンダリプーリにおける出力側推力を各々制御することで伝動ベルトの滑りを防止しつつ実変速比を目標変速比にする制御を行う無段変速機の制御装置であって、
目標変速比に基づいて出力側推力と入力側推力を算出する推力算出部と、
変速比が変化するときに伝動ベルトの滑りを防止するための入力側推力と出力側推力に加減される差推力である変速差推力を目標変速比に応じて算出する変速差推力算出部と、
実際に出すことが可能な推力の制限値、及び無段変速機の変速特性を有する所定の制御モデルに基づいて、出力側推力の目標値と入力側推力の目標値から変速比を推定する変速比推定部と、
を備え、
変速差推力算出部は、目標変速時間に応じた所定の制御ゲインを目標変速比に乗じて変速差推力を算出するフィードフォワード手段であり、
変速比推定部は、変速差推力算出部の目標変速比に対して推力の制限値の下で推定した変速比をフィードバックするフィードバック手段であり、
所定の制御モデルは、
出力側推力の目標値と入力側推力の目標値に対して適用される上下限の推力の制限値を有する推力制約モデルと、
推力の制限値が適用された出力側推力の目標値と入力側推力の目標値に対して制御の１次遅れ特性を付加する１次遅れモデルと、
１次遅れモデルの算出結果に、変速差推力と変速速度の間のゲインを適用して変速比を推定する無段変速機の変速特性モデルと、
を含むことを特徴とする無段変速機の制御装置。
請求項１に記載の無段変速機の制御装置において、
１つの油圧センサを用いてプライマリプーリとセカンダリプーリの両方の推力制御を行うことを特徴とする無段変速機の制御装置。
請求項１に記載の無段変速機の制御装置において、
推力制約モデルは、
伝動ベルトの耐久性または油圧制御弁のソレノイド特性に基づく上限の推力制限値と、伝動ベルトのトルク容量または指示油圧がゼロのときに残るオーバライド残圧に基づく下限の推力制限値とを含むモデルであることを特徴とする無段変速機の制御装置。
請求項１に記載の無段変速機の制御装置において、
変速差算出部における所定の制御ゲインは、変速差推力と変速速度の間のゲインと目標変速時間に基づいて設定されることを特徴とする無段変速機の制御装置。