JP5860535B2 - 無段変速機及びその制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、無段変速機の制御に関する。
JP59−166752Aは、無段変速機(以下、「CVT」という。)において、実際に変速可能な変速比範囲の最大値(以下、「メカニカルLow」という)及び最小値(以下、「メカニカルHigh」という)を探索し、探索されたメカニカルLow及びメカニカルHighが、変速制御に使用されるプーリの設計に基づいた変速比幅よりも狭く設定してある変速比を超えた場合には、本探索値を変速制御用の目標変速比として用い、CVTを変速制御することで、個々のCVTについて実際に可能な変速比を学習させ、使用可能な変速比範囲を拡大させることができ、CVTが搭載される車両の燃費性能及び加速性能を向上させる技術を開示している。
しかしながら、CVTの変速制御において、目標変速比にメカニカルHighを用いて制御した場合、加速時にCVTをダウンシフトさせようとしても、実変速比の変速が開始するまでに時間がかかるという問題があった。
これは、CVTの変速制御においては、実変速比を目標変速比に制御する変速比フィードバック制御を行っており、実変速比が目標変速比を中心に振動することに起因する。
つまり、変速比フィードバック制御においては、実変速比が目標変速比よりもLow側になった場合のプライマリ圧の増大補正とHigh側になった場合のプライマリ圧の減少補正とが交互に繰り返され、目標変速比が一定であっても実変速比が目標変速比を中心に所定の振幅で変動するのであるが、目標変速比をメカニカルHighに設定すると、実変速比が目標変速比よりもHigh側にずれることがないので、プライマリ圧の増大補正のみが繰り返し行われる。そして、プライマリ圧の増大補正が繰り返されると、プライマリ圧が適正値に比べて過大となり、加速時にCVTをダウンシフトさせようとしても、プライマリ圧を下げるのに時間を要し、変速が開始するまでに時間がかかってしまう。
本発明の目的は、したがって、CVTの変速比範囲をメカニカルHigh近傍まで拡大することでCVTが搭載される車両の燃費を向上させるとともに、ダウンシフトが必要な状況では速やかなダウンシフトを可能にすることである。
本発明のある態様によれば、実変速比が目標変速比になるようにフィードバック制御する無段変速機であって、前記実変速比に基づき前記無段変速機が取り得る変速比の最小値であるメカニカルHighを探索するメカニカルHigh探索手段と、前記メカニカルHighよりも所定量だけLow側に制御Highを設定する制御High設定手段と、前記無段変速機の変速比範囲の最小値を前記制御Highに設定して、前記無段変速機の変速比を制御する変速比制御手段と、を備えた無段変速機が提供される。
また、本発明の別の態様によれば、実変速比が目標変速比になるようにフィードバック制御する無段変速機の制御方法であって、前記実変速比に基づき前記無段変速機が取り得る変速比の最小値であるメカニカルHighを探索し、前記メカニカルHighよりも所定量だけLow側に制御Highを設定し、前記無段変速機の変速比範囲の最小値を前記制御Highに設定して、前記無段変速機の変速比を制御する、無段変速機の制御方法が提供される。
これらの態様によれば、目標変速比を制御Highとして制御している間も、実変速比は制御Highを中心として振動することができるので、目標変速比を制御Highとして制御してもFB操作量が蓄積することはなく、加速時にCVTをダウンシフトさせる場合に良好な変速応答性が得られる。
本発明の実施形態及び本発明の利点については、添付された図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
図1は、無段変速機の概略構成図である。 図2は、変速制御油圧回路の概略構成図である。 図3は、変速マップである。 図4は、目標プライマリ圧及び目標セカンダリ圧を設定するためのテーブルである。 図5は、変速比フィードバック制御の内容を示したブロック図である。 図6は、制御Highの設定処理の内容を示したフローチャートである。 図7は、本発明の作用効果を説明するためのタイムチャートである。
図1は、無段変速機(以下、「CVT」という。)1の概略構成を示している。プライマリプーリ2及びセカンダリプーリ3が両者の溝が整列するよう配置され、これらプーリ2、3の溝にはベルト4が巻き掛けられている。プライマリプーリ2と同軸にエンジン5が配置され、エンジン5とプライマリプーリ2の間には、エンジン5の側から順に、トルクコンバータ6、前後進切換え機構7が設けられている。
トルクコンバータ6は、エンジン5の出力軸に連結されるポンプインペラ6a、前後進切換え機構7の入力軸に連結されるタービンランナ6b、ステータ6c及びロックアップクラッチ6dを備える。
前後進切換え機構7は、ダブルピニオン遊星歯車組7aを主たる構成要素とし、そのサンギヤはトルクコンバータ6のタービンランナ6bに結合され、キャリアはプライマリプーリ2に結合される。前後進切換え機構7は、さらに、ダブルピニオン遊星歯車組7aのサンギヤ及びキャリア間を直結する発進クラッチ7b、及びリングギヤを固定する後進ブレーキ7cを備える。そして、発進クラッチ7bの締結時には、エンジン5からトルクコンバータ6を経由した入力回転がそのままプライマリプーリ2に伝達され、後進ブレーキ7cの締結時には、エンジン5からトルクコンバータ6を経由した入力回転が逆転され、プライマリプーリ2へと伝達される。
プライマリプーリ2の回転はベルト4を介してセカンダリプーリ3に伝達され、セカンダリプーリ3の回転は、出力軸8、歯車組9及びディファレンシャルギヤ装置10を経て図示しない駆動輪へと伝達される。
上記の動力伝達中にプライマリプーリ2及びセカンダリプーリ3間の変速比を変更可能にするために、プライマリプーリ2及びセカンダリプーリ3の溝を形成する円錐板のうち一方を固定円錐板2a、3aとし、他方の円錐板2b、3bを軸線方向へ変位可能な可動円錐板としている。なお、プライマリプーリ2には、溝幅の最小値を規制するストッパが設けられている。
これら可動円錐板2b、3bは、ライン圧PLを元圧として作り出したプライマリ圧Ppri及びセカンダリ圧Psecをプライマリプーリ室2c及びセカンダリプーリ室3cに供給することにより固定円錐板2a、3aに向けて付勢され、これによりベルト4を円錐板に摩擦接合させてプライマリプーリ2及びセカンダリプーリ3間での動力伝達が行われる。
変速は、プライマリ圧Ppri及びセカンダリ圧Psec間の差圧により両プーリ2、3の溝の幅を変化させ、プーリ2、3に対するベルト4の巻き掛け円弧径を連続的に変化させることによって行われる。
プライマリ圧Ppri及びセカンダリ圧Psecは、前進走行レンジの選択時に締結する発進クラッチ7b、及び後進走行レンジの選択時に締結する後進ブレーキ7cへの供給油圧と共に変速制御油圧回路11によって制御される。変速制御油圧回路11は変速機コントローラ12からの信号に応答して制御を行う。
変速機コントローラ12には、CVT1の入力回転速度Ninを検出する入力回転速度センサ13からの信号と、CVT1の出力回転速度Nout、すなわち、車速VSPを検出する車速センサ14からの信号と、プライマリ圧Ppriを検出するプライマリ圧センサ15pからの信号と、セカンダリ圧Psecを検出するセカンダリ圧センサ15sからの信号と、ライン圧PLを検出するライン圧センサ15lからの信号と、アクセル開度APOを検出するアクセル開度センサ16からの信号と、セレクトレバー位置を検出するインヒビタスイッチ17からの選択レンジ信号と、ブレーキペダルの踏み込みの有無を検出するブレーキスイッチ18からの信号と、エンジン5を制御するエンジンコントローラ19からのエンジン5の運転状態(エンジン回転速度Ne、エンジントルク、燃料噴時間、冷却水温TMPe等)に関する信号とが入力される。
図2は、変速制御油圧回路11の概略構成を示している。
変速制御油圧回路11は、オイルポンプ40、ライン圧調圧弁31、プライマリ圧調圧弁32及びセカンダリ圧調圧弁33を備える。
オイルポンプ40は、エンジン5によって駆動される。
ライン圧調圧弁31は、オイルポンプ40の吐出圧の一部をドレンして減圧することで、ライン圧PLを目標ライン圧tPLに調圧するドレン調圧式の調圧弁である。
プライマリ圧調圧弁32及びセカンダリ圧調圧弁33は、ライン圧PLを元圧として、ライン圧PLの一部をドレンして減圧することでプライマリ圧Ppri及びセカンダリ圧Psecをそれぞれ目標プライマリ圧tPpri及び目標セカンダリ圧tPsecに調圧するドレン調圧式の調圧弁である。
ライン圧調圧弁31、プライマリ圧調圧弁32及びセカンダリ圧調圧弁33は、それぞれ、調圧後の油圧を調圧弁に戻し、調圧後の油圧を目標とする油圧にフィードバック制御するためのフィードバック回路31f、32f、33fを有している。
次に、図3〜図5を参照しながら変速機コントローラ12の制御内容について説明する。
変速機コントローラ12は、まず、図3に示す変速マップを参照し、CVT1の目標変速比を設定する。変速比マップは車速VSPとアクセル開度APOが決まれば入力回転速度Ninが決定されるマップであり、決定された入力回転速度Ninと出力回転速度Noutとの比を求めることで、目標変速比が設定される。
アクセル開度APO=0/8の変速線は、後述する制御High上に設定され、すなわち、CVT1の変速比範囲の最小値が制御Highに設定され、目標変速比は制御High以上に設定される。
なお、図3では、簡略化してアクセル開度APO=0/8、4/8、8/8の変速線のみ示しているが、変速マップには、その他のアクセル開度APOについての変速線も設定されている。
続いて、変速機コントローラ12は、図4に示すテーブルを参照して、目標プライマリ圧tPpri及び目標セカンダリ圧tPsecを設定する。図4に示すテーブルは、CVT1の変速比とプライマリ圧Ppri及びセカンダリ圧Psecとの関係を規定したテーブルであり、CVT1の変速比が決まれば、その変速比を実現するのに必要なプライマリ圧Ppri及びセカンダリ圧Psecは一義的に決まる。
そして、変速機コントローラ12は、プライマリ圧Ppri及びセカンダリ圧Psecが、それぞれ設定された目標プライマリ圧tPpri及び目標セカンダリ圧tPsecとなるように、ライン圧調圧弁31、プライマリ圧調圧弁32及びセカンダリ圧調圧弁33を制御する。
さらに、上記の通りプライマリ圧Ppri及びセカンダリ圧Psecを制御しても、外乱、製造ばらつき等によって、実変速比が目標変速比とのずれが生じるので、このずれを解消するべく、変速機コントローラ12は以下に説明する変速比フィードバック制御を行う。
図5は、変速機コントローラ12が行う変速比フィードバック制御の内容を示したブロック図である。
これを参照しながら変速比フィードバック制御について説明すると、B1では、目標変速比と実変速比との差分を算出し、出力する。実変速比は、入力回転速度センサ13で検出された入力回転速度Ninと車速センサ14で検出された車速VSPとに基づき演算することができる。
B2では、B1の出力値にPゲインを掛けた値を比例項として出力する。
B3では、B1の出力値にIゲインを掛けた値を出力する。そして、B4〜B6では、B3の出力値を積分し、積分項として出力する。B5は、積分項をリミット処理するリミッタである。B6は積分項の前回値を記憶し出力するシフト演算子である。
B7では、B2の出力値である比例項とB5の出力値である積分項とを加算し、FB操作量を演算する。
このようにしてFB操作量を演算したら、変速機コントローラ12は、FB操作量に応じてプライマリ圧Ppriを補正する。具体的には、実変速比が目標変速比よりも大きい、すなわちLow側にある場合は、FB操作量が正側に大きくなり、プライマリ圧Ppriが増大補正される。逆に、実変速比が目標変速比よりも小さい、すなわちHigh側にある場合は、FB操作量が負側に大きくなり、プライマリ圧Ppriが減少補正される。
上記変速比フィードバック制御によれば、実変速比は目標変速比に近づくようにプライマリ圧Ppriが補正される。また、目標変速比が変動していなくても、実変速比が目標変速比を中心として所定の振幅Aで振動する。
ところで、CVT1が搭載される車両の燃費を向上させるには、CVT1が取り得る変速比の最小値であるメカニカルHighを探索し、CVT1の変速比範囲のHigh側を、探索されたメカニカルHighまで拡大するのが好適である。
しかしながら、CVT1の目標変速比をメカニカルHighとすると、実変速比がメカニカルHighよりもHigh側にずれることがないことから、変速比フィードバック制御によって積分項が蓄積し、プライマリ圧Ppriが増大補正され続けてしまう。その結果、プライマリ圧Ppriが適正値よりも過大になると、加速時にCVT1をダウンシフトさせようとしても、積分項を解消するのに時間を要し、プライマリ圧Ppriがなかなか下がらず、ダウンシフトが遅れる原因となる。
そこで、本実施形態では、変速比フィードバック制御によって実変速比が振幅Aで振動することを考慮し、メカニカルHighよりも振幅A以上(好ましくは振幅Aだけ)、Low側の変速比を制御Highとして設定し、この制御Highまで変速比範囲を拡大するようにする。
図6は、制御Highの設定処理を示したフローチャートである。これを参照しながら制御Highが設定される手順について説明する。
これによると、まず、S1では、変速機コントローラ12は、制御Highの設定処理を行うことが許可されているか判断する。
後述するように、変速機コントローラ12は、目標変速比と実変速比とが、所定の変速比よりもHigh側の変速比であって、目標変速比と実変速比との偏差が生じたときの実変速比をメカニカルHighとし、メカニカルHighに基づき制御Highを設定する。メカニカルHighが取り得る値は、プーリ等の寸法公差を考慮した最もLow側の値(以下、「ばらつきLow」という。)及び最もHigh側の値(以下、「ばらつきHigh」という。)の間である。このため、CVT1の実変速比及び目標変速比が、ばらつきLowよりもLow側にあり、目標変速比と実変速比との偏差が生じない場合は、制御Highの設定に必要なメカニカルHighをそもそも探索することができない。よって、上記所定の変速比は上記「ばらつきLow」に設定されている。
したがって、CVT1の実変速比及び目標変速比が所定の変速比であるばらつきLowよりもLow側にある場合は、制御Highの設定処理は許可されない。
逆に、CVT1の実変速比及び目標変速比がばらつきLowよりもHigh側にある場合は、メカニカルHighの探索が可能であるので、制御Highの設定処理が許可される。制御Highの設定処理が許可された場合は、処理がS2に進む。なお、ばらつきLow及び、ばらつきHighの値は変速機コントローラ12に記憶されている。
S2では、変速機コントローラ12は、制御Highで制御中か判断する。制御Highで制御中かは制御Highフラグの値に基づき判断される。制御Highフラグの初期値は0(制御Highで制御中でない)に設定されるので、初めて本処理が実行される場合は、処理がS3に進む。
S3では、変速機コントローラ12は、実変速比がメカニカルHighに到達しているかの判定を行う。具体的には、変速機コントローラ12は、以下の(a)又は(b)のいずれかが成立している場合に、その時点の実変速比がメカニカルHighであると判定する。
(a)目標変速比をばらつきHighの変速比とした場合であって、前記目標変速比が実変速比よりもHigh側にあり、目標変速比の変化速度の絶対値が所定値よりも小さく非変速中と判断でき、かつ、この状態が所定時間継続した場合
(b)目標変速比をばらつきHighの変速比とした場合であって、前記目標変速比が実変速比よりもHigh側にあり、目標変速比の変化速度の絶対値が所定値よりも小さく非変速中と判断でき、かつ、目標変速比が実変速比よりもHigh側かつ非変速中と判断されてからのFB操作量の変化量が所定値以上になった場合
(a)で所定時間継続することを条件としているのは、誤検知を防止するためである。また、(a)だけでなく(b)の場合にも実変速比がメカニカルHighであると判定するようにしたのは、メカニカルHighが目標変速比と比べて大幅にLow側にあると、FB操作量が急激に大きくなり、(a)の条件だと、プライマリ圧Ppriが大幅に上昇してからでないとメカニカルHighの判定がなされないからである。(b)を追加し、FB操作量の変化量が大きい場合はメカニカルHighの判定を早め行うことで、プライマリ圧Ppriの上昇を抑えることができる。
メカニカルHighが判定されたら処理がS4に進む。
S4では、変速機コントローラ12は、制御Highを設定する。制御Highは、メカニカルHighよりも変速比フィードバック制御による実変速比の振幅A以上Low側に設定される。好ましくは、制御Highは、メカニカルHighよりも振幅AだけLow側に設定される。
なお、制御Highが設定され、目標変速比が制御Highによって制限されると、制御Highに目標変速比を追従させる。これによる目標変速比の変化量が相対的に大きいと変速比フィードバック制御の操作量が急変することになり、フィードバック制御が不安定になる可能性があるので、制御Highの変化率がリミット処理によって制限される。
制御Highが設定されると、制御Highフラグに制御Highで制御中を示す1が設定され、制御Highの値がばらつきLowの値よりも小さい場合には、CVT1の変速制御上の変速比範囲が制御Highまで拡大される。そして、以後、処理はS2からS5以降に進み、制御Highの解除判定及び更新判定が行われる。
制御Highの解除判定及び更新判定を行うのは、ベルト4にかかる負荷によって変化し、特に、プライマリプーリ2にストッパが設けられる本実施形態ではベルト4に係る負荷が増大すると、ベルトのエレメントがプーリの外径方向に押し出され、エレメントを支えているリングが伸びる。セカンダリプーリ3にはストッパが設けられていないので、背リングの伸びによって、セカンダリプーリ3側のベルト巻き付き径が増大する。よって、プライマリプーリ2とセカンダリプーリ3の半径比が変化し、メカニカルHighがLow側に変化するので、制御Highの再設定又は更新が必要になるからである。
S5では、変速機コントローラ12は、制御Highの解除判定を行う。具体的には、変速機コントローラ12は、以下の(c)〜(e)のいずれかが成立している場合に、制御Highを解除すると判定する。
(c)目標変速比が制御HighよりもLow側になった場合
(d)実変速比がメカニカルHighよりもHigh側になった場合
(e)制御Highを設定してから、セカンダリ推力(セカンダリ圧Psec)が所定値以上下がった場合
(c)を条件とするのは、目標変速比がメカニカルHighよりもLow側になっており、制御Highを用いない状況になっているので、このような状況では、制御Highを一旦解除し、その後、制御Highが必要な状況となったときに制御Highを再設定するようにすることで、制御Highの信頼性が維持されるようにするためである。
(d)を条件とするのは、ベルト滑りの発生によりプライマリプーリ及びセカンダリプーリの回転比がHigh側へ変化する場合を検知するためである。例えば、コースト中や回生中、セカンダリプーリでプライマリプーリが駆動されるような場合にベルト滑りが発生した場合において、プライマリプーリ回転は低下するが、セカンダリプーリ回転は維持されるような場合を想定したものである。
(e)を条件とするのは、メカニカルHighよりも実変速比がHigh側になった場合や、油温条件等によりセカンダリ圧の下限値が切り替わったり、アクセル操作やブレーキ操作によって、セカンダリ圧を増減する機能が働くことで、セカンダリ推力が所定値以上下がった場合は、メカニカルHighがS3で探索された値からずれ、S4で設定された制御Highがもはや意味をなさなくなっているからである。このような場合も、制御Highを解除し、制御Highを再設定するようにする。
制御Highを解除すると判定された場合は、処理がS6に進み、制御Highが解除される。そして、制御Highフラグに制御Highで制御中でないことを示す0が設定される。
S7では、変速機コントローラ12は、制御Highを更新するかの判定を行う。具体的には、変速機コントローラ12は、S3のメカニカルHighの判定と同じ判定を行い、S3の(a)又は(b)のいずれかの条件が成立している場合には、その時点の実変速比を新たなメカニカルHighとして判定する。そして、処理がS4に進み、制御Highの更新を行う。S6で制御Highを解除するような状況でなくても、このような更新処理を随時行うことで、制御Highの信頼性が維持されるようにしている。
なお、メカニカルHighは走行条件によって刻々と変化するため、メカニカルHighの変化に合わせて制御Highも変化することになる。目標変速比は制御Highにて制限されるので、制御Highの変化に合わせて目標変速比が刻々と変化し続け、変速比制御が安定しないことになる、制御Highの更新は、制御Highのリミット処理が行われている間は行わないようにする。
図7は、制御Highが設定される様子を示したタイムチャートである。
目標変速比がばらつきHighに向けて変化した場合、これに示されるように実変速比もHigh側に変化する。
しかしながら、実変速比がメカニカルHighに到達すると、実変速比が変化しなくなり、目標変速比と実変速比との間に偏差が生じる(時刻t1)。
この状態で変速が行われないまま所定時間が経過すると、上記制御Highの設定処理によれば、その時点の実変速比がメカニカルHighであると判定される(時刻t2)。
そして、制御HighがメカニカルHighよりも実変速比の振幅A以上(好ましくは、振幅Aだけ)、Low側に設定され、以後、変速比範囲を制御Highまで拡大して変速比が制御される。
なお、時刻t2〜t3の間は、急激に制御Highを変化させると、実変速比と目標変速比の偏差が急激に変化することにより、プライマリ圧及びセカンダリ圧が急激に変化してしまう。よって、リミット処理により制御Highの変化率が制限されている。
続いて、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態によれば、メカニカルHighに近い制御HighまでCVT1の変速比範囲が拡大されるので、CVT1の変速比範囲をメカニカルHighまでとした場合とほぼ同等のレベルまで、CVT1が搭載される車両の燃費を向上させることができる。
また、目標変速比を制御Highとして制御している間も、実変速比は制御Highを中心として振動することができるので、目標変速比を制御Highとして制御しても、FB操作量が蓄積することはなく、加速時にCVT1をダウンシフトさせる場合には良好な変速応答性が得られる。
なお、上記燃費向上効果は、制御HighをメカニカルHighよりも実変速比の振幅AだけLow側に設定した場合に最大限奏される。
また、メカニカルHighは、目標変速比が実変速比よりもHigh側にある状態が継続した場合の実変速比に設定されるので、メカニカルHighの誤判定を防止し、制御Highの信頼性を高めることができる。
また、制御Highを設定した後に、目標変速比が実変速比よりもHigh側にある状態が再び継続した場合には、メカニカルHighが再探索され、制御Highが更新される。これによっても制御Highの信頼性を高めることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的に限定する趣旨ではない。
本願は日本国特許庁に2012年6月20日に出願された特願2012−138623号に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (6)

  1. 実変速比が目標変速比になるようにフィードバック制御する無段変速機であって、
    前記実変速比に基づき前記無段変速機が取り得る変速比の最小値であるメカニカルHighを探索するメカニカルHigh探索手段と、
    前記メカニカルHighよりも所定量だけLow側に制御Highを設定する制御High設定手段と、
    前記無段変速機の変速比範囲の最小値を前記制御Highに設定して、前記無段変速機の変速比を制御する変速比制御手段と、
    を備えた無段変速機。
  2. 請求項1に記載の無段変速機であって、
    前記所定量は、前記フィードバック制御によって生じる前記無段変速機の変速比の前記目標変速比を中心とする振動の振幅以上に設定される、
    無段変速機。
  3. 請求項2に記載の無段変速機であって、
    前記所定量は前記振動の振幅に等しく設定される、
    無段変速機。
  4. 請求項1から3のいずれか一つに記載の無段変速機であって、
    前記メカニカルHigh探索手段は、前記目標変速比が前記実変速比よりもHigh側にある状態が継続した場合に、前記実変速比を前記メカニカルHighとして判定する、
    無段変速機。
  5. 請求項1から4のいずれか一つに記載の無段変速機であって、
    前記制御Highを設定した後に、前記目標変速比が前記実変速比よりもHigh側にある状態が再び継続した場合には、前記メカニカルHighを再探索し、再探索されたメカニカルHighに基づき前記制御Highを更新する制御High更新手段をさらに備えた無段変速機。
  6. 実変速比が目標変速比になるようにフィードバック制御する無段変速機の制御方法であって、
    前記実変速比に基づき前記無段変速機が取り得る変速比の最小値であるメカニカルHighを探索し、
    前記メカニカルHighよりも所定量だけLow側に制御Highを設定し、
    前記無段変速機の変速比範囲の最小値を前記制御Highに設定して、前記無段変速機の変速比を制御する、
    無段変速機の制御方法。
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