JP5903487B2 - 無段変速機及びその油圧制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、無段変速機の油圧制御に関する。

プライマリプーリとセカンダリプーリとの間にベルトを巻き掛け、両プーリの溝の幅を変更することによって変速比を無段階に変更する無段変速機（以下、「ＣＶＴ」という。）においては、車両減速時に変速比を最Ｌｏｗに向けて変更するＬｏｗ戻し変速が行われ、これにより、車両の再発進性を確保している（ＪＰ６３−７４７３６Ａ）。

ＣＶＴを搭載した車両の燃費を向上させる方法の一つとして、変速機の油圧源であるオイルポンプを小型化する方法がある。オイルポンプを小型化すれば、オイルポンプの駆動に消費されるエンジンの動力が少なくなり、また、オイルポンプの吐出圧が下がることによって、オイルポンプ及び変速機内部のフリクションが小さくなり、車両の燃費を向上させることができる。

しかしながら、オイルポンプの小型化を進めていくと、上記Ｌｏｗ戻し変速において、変速速度が遅くなり、変速比が最Ｌｏｗまで変更できない、又は、最Ｌｏｗまで変更するのに要する時間が長くなるという問題（Ｌｏｗ戻し不良）が生じることがわかった。

この問題が生じる理由について図６を参照しながら説明する。図６は、時刻ｔａでブレーキペダルが踏み込まれて車両が減速し、Ｌｏｗ戻し変速が行われる様子を示している。

この例では、まず、ＣＶＴの変速比に応じて、当該変速比を維持するのに必要なセカンダリ圧である必要セカンダリ圧が演算される。そして、プライマリプーリとセカンダリプーリの受圧面積比に基づき必要セカンダリ圧をプライマリバランス圧に換算し（図中Ｘ１）、プライマリバランス圧から変速に必要な必要差推力分を減じて目標プライマリ圧を演算する（図中Ｘ２）。

目標プライマリ圧が、ベルト滑り限界から決まるプライマリ圧下限値よりも低くなると（時刻ｔｂ以降）、目標プライマリ圧がプライマリ圧下限値に制限される（図中Ｘ３）。そして、この制限によって不足する差推力を補うために、必要セカンダリ圧が増大補正される（図中Ｘ４）。

ここで、油量収支が十分で実セカンダリ圧を補正後必要セカンダリ圧まで上げることができれば必要差推力が得られ、Ｌｏｗ戻し不良が発生することはない。

しかしながら、オイルポンプ吐出能力が低く、油量収支が不足する場合は、実セカンダリ圧が補正後必要セカンダリ圧まで上がらず（図中Ｘ５）、必要差推力が得られない。また、プライマリ圧下限値は、理論上のトルク容量式（後述）に基づき、走行条件によらず、最低圧を所定の値に制限してしまっていた。この結果、油量収支が実際に不足する場合には、変速速度が遅くなり、変速比が最Ｌｏｗまで戻ることなく車両が停車してしまう（図中Ｘ６）。

本発明の目的は、Ｌｏｗ戻し変速を行う無段変速機において、ＬＯＷ戻り性を向上させつつ、オイルポンプの小型化によって燃費をさらに向上させることである。

本発明のある態様によれば、プライマリプーリと、セカンダリプーリと、これらの間に巻き掛けられるベルトとを備え、プーリ押し付け力が前記プライマリプーリに供給されるプライマリ圧及び前記セカンダリプーリに供給されるセカンダリ圧によって決まる無段変速機であって、車両減速時に前記無段変速機の変速比を最Ｌｏｗに向けて変更するＬｏｗ戻し変速を行っているか判断し、車両の減速度及び前記無段変速機の変速比に基づき前記ベルトが実際に滑り始めるプライマリ圧実測下限値を算出し、前記Ｌｏｗ戻し変速における前記プライマリ圧の目標値の下限値を前記プライマリ圧実測下限値に設定する、無段変速機が提供される。

本発明の別の態様によれば、プライマリプーリと、セカンダリプーリと、これらの間に巻き掛けられるベルトとを備え、プーリ押し付け力が前記プライマリプーリに供給されるプライマリ圧及び前記セカンダリプーリに供給されるセカンダリ圧によって決まる無段変速機の油圧制御方法であって、車両減速時に前記無段変速機の変速比を最Ｌｏｗに向けて変更するＬｏｗ戻し変速を行っているか判断し、車両の減速度及び前記無段変速機の変速比に基づき前記ベルトが実際に滑り始めるプライマリ圧実測下限値を算出し、前記Ｌｏｗ戻し変速における前記プライマリ圧の目標値の下限値を前記プライマリ圧実測下限値に設定する、油圧制御方法が提供される。

これらの態様によれば、プライマリ圧の下限値を低下させることにより、相対的にＬｏｗ戻し変速時のセカンダリ圧を下げることができ（若しくは、充分なセカンダリ圧の確保ができなくても、変速に必要な差推力を得ることが可能となり）、ＬＯＷ戻り性を向上させつつ、オイルポンプの小型化によって燃費をさらに向上させることができる。

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、無段変速機の変速マップである。 図３は、Ｌｏｗ戻し変速時の油圧降下制御の内容を示したフローチャートである。 図４は、必要セカンダリ圧を演算するためのテーブルである。 図５は、Ｌｏｗ戻し変速時の油圧降下制御が行われるときの様子を示したタイムチャートである。 図６は、比較例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が掛け渡されている。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。

これら可動円錐板２ｂ、３ｂは、ライン圧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を円錐板に摩擦係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の実入力回転速度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、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、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。

変速機コントローラ１２は、図２に示す変速マップを参照して、車速ＶＳＰとアクセル開度ＡＰＯに対応する目標入力回転速度ｔＮｉｎを設定し、実入力回転速度Ｎｉｎが目標入力回転速度ｔＮｉｎに追従するように、また、エンジントルク及びトルクコンバータトルク比によって決まるＣＶＴ１の入力トルクを伝達するのに必要なプーリ押し付け力が得られるように、プライマリ圧Ｐｐｒｉ及びセカンダリ圧Ｐｓｅｃを制御する。

このとき、プライマリ圧Ｐｐｒｉ及びセカンダリ圧Ｐｓｅｃには、次式で演算される下限値（以下、「理論下限値」という。）が設定されており、プライマリ圧Ｐｐｒｉ及びセカンダリ圧Ｐｓｅｃは、通常は理論下限値よりも低くならないように制限される。

理論下限値＝（Ｔｃｏｓθ）／（２μＲ）
Ｔ：伝達トルク
θ：プーリのシーブ角
μ：ベルトとプーリとの間の摩擦係数
Ｒ：ベルトとプーリとの接触半径

そして、一方が理論下限値に制限される場合は、他方の圧を上げて、プライマリプーリ２とセカンダリプーリ３との間で変速に必要な差推力が確保されるようにする。

さらに、アクセルが解放されて、ブレーキが踏み込まれる、又は、登坂時等で、車両が減速し、図２のＡＰＯ＝０／８の線に沿ってＣＶＴ１が最Ｌｏｗに向けてダウンシフトするＬｏｗ戻し変速時であって、停車直前または変速比が変動しない変速定常時（最Ｌｏｗ）には、プライマリ圧理論下限値よりも低下させることによって発生する可能性のあるベルト滑りを抑制するために、停車直前または変速比が変動しない変速定常時を除き、プライマリ圧Ｐｐｒｉを上記理論下限値よりも下げることが可能である。

そこで、変速機コントローラ１２は、以下に説明するＬｏｗ戻し変速時の油圧降下制御を行うことにより、プライマリ圧Ｐｐｒｉを上記理論下限値よりも下げ、これによってＣＶＴ１が搭載される車両のＬＯＷ戻り性を向上させつつ、オイルポンプの小型化によって燃費をさらに向上させることが可能となる。

図３は、変速機コントローラ１２が行うＬｏｗ戻し変速時の油圧降下制御の内容を示したフローチャートである。これを参照しながら本制御の内容及びその作用効果について説明する。説明中、適宜、図５に示すタイムチャートを参照する。図５に示すタイムチャートは、Ｌｏｗ戻し変速時の油圧降下制御が行われるときの様子を示している。

まず、Ｓ１では、変速機コントローラ１２は、Ｌｏｗ戻し変速中か判断する。アクセル開度ゼロかつブレーキペダルが踏み込まれている場合、又は、アクセル開度ゼロかつ車両の減速度が所定値よりも大きい場合（登坂時）は、変速機コントローラ１２はＬｏｗ戻し変速中であると判断し、処理がＳ２に進む。そうでない場合は処理が終了する。

Ｓ２では、変速機コントローラ１２は、ロックアップ中か判断する。ロックアップクラッチ６ｄは、車速ＶＳＰが所定のロックアップ開始車速よりも高くなると締結され、車速ＶＳＰが所定のロックアップ解除車速（＜ロックアップ開始車速）よりも低くなると解放されるので、車速ＶＳＰに基づきロックアップ中か判断することができる。

ロックアップ中と判断された場合は、プライマリ圧Ｐｐｒｉをプライマリ圧理論下限値よりも下げるべく、処理がＳ３以降に進む。ロックアップ中でないと判断された場合は、Ｓ３以降の処理でプライマリ理論下限値未満に下がったプライマリ圧Ｐｐｒｉをプライマリ圧理論下限値まで戻すべく、処理がＳ９に進む。

図５では、時刻ｔ１でブレーキペダルが踏み込まれ、Ｌｏｗ戻し変速が開始されている。

Ｓ３では、変速機コントローラ１２は、プライマリ圧理論下限値を演算する。プライマリ圧理論下限値は、上記の通り、伝達トルク（＝エンジン回転速度Ｎｅ及びアクセル開度ＡＰＯに基づきエンジントルクマップを参照して演算されるエンジン５のトルク）、プライマリプーリ２のシーブ角（固定値）、ベルト３とプライマリプーリ２との間の摩擦係数（固定値）、ベルト３とプライマリプーリ２との接触半径（変速比に応じて決まる値）によって演算することができる。

Ｓ４では、変速機コントローラ１２は、プライマリ圧実測下限値を演算する。プライマリ圧実測下限値は、ベルト３が実際に滑り始めるプライマリ圧Ｐｐｒｉであり、車両の減速度と変速比とに基づき、予め実験によって求めておいたマップを参照して演算される。プライマリ圧実測下限値は、車両の減速度が大きいほど、また、変速比がＬｏｗ側であるほど低い値に設定される。

Ｓ５では、変速機コントローラ１２は、その時点の変速比を維持するのに必要なセカンダリ圧Ｐｓｅｃを図４に示すテーブルを参照して演算する。なお、図４には必要プライマリ圧も図示されているが、Ｌｏｗ戻し変速時の油圧降下制御では使用しない。

Ｓ６では、変速機コントローラ１２は、プライマリ圧理論下限値とプライマリ圧実測下限値との差（図５中Ｙ１）を必要セカンダリ圧に加算し（図５中Ｙ２）、補正後必要セカンダリ圧を演算する。そして、変速機コントローラ１２は、セカンダリ圧Ｐｓｅｃが補正後必要セカンダリ圧になるように、セカンダリ圧Ｐｓｅｃを制御する。具体的には、セカンダリ圧Ｐｓｅｃを調圧するソレノイドバルブを制御する。

Ｓ７では、変速機コントローラ１２は、Ｓ６でセカンダリ圧Ｐｓｅｃを制御した結果、得られる実セカンダリ圧Ｐｓｅｃをセカンダリ圧センサ１５ｓによって検出し、これとプライマリプーリ２とセカンダリプーリ３の受圧面積の比とに基づきプライマリバランス圧に換算する（図５中Ｙ３）。

Ｓ８では、変速機コントローラ１２は、プライマリバランス圧からダウンシフトに必要な差推力分（必要な差推力をプライマリプーリ２の受圧面積で割った値）を引き、目標プライマリ圧を演算する（図５中Ｙ４）。目標プライマリ圧は、プライマリ圧理論下限値よりも低くなるが、プライマリ圧実測下限値よりも高いため、プライマリ圧実測下限値によって制限されることはない。そして、変速機コントローラ１２は、プライマリ圧Ｐｐｒｉが目標プライマリ圧になるようにプライマリ圧Ｐｐｒｉを制御する。具体的には、プライマリ圧Ｐｐｒｉを調圧するソレノイドバルブを制御する。

図５では、時刻ｔ１からｔ２までは、油量収支が実際に不足していないため、実セカンダリ圧を補正後必要セカンダリ圧まで上昇させる。これは、プライマリ圧理論下限値をプライマリ圧実測下限値に変更することにより、目標プライマリ圧をプライマリ圧実測下限値まで低下させることが可能であるが、プライマリ圧を低下させることによって発生する懸念のあるベルト滑りの発生を抑制するために、油量収支が実際に不足するまでの間、実セカンダリ圧を上昇させ、実セカンダリ圧Ｐｓｅｃから必要となる差推力を得るためのプライマリ圧Ｐｐｒｉを算出することを目的としている。

時刻ｔ２以降、油量収支が実際に不足することにより、実セカンダリ圧Ｐｓｅｃが補正後必要セカンダリ圧まで上がらなくなっているが、ここから必要な差推力分を引いて得られる目標プライマリ圧はプライマリ圧実測下限値よりも高いので、プライマリ圧Ｐｐｒｉを目標プライマリ圧まで下げることができる。

すなわち、Ｓ３〜Ｓ８の制御によれば、プライマリ圧の下限値を低下させることにより、相対的にＬｏｗ戻し変速時のセカンダリ圧を下げることができ（若しくは、充分なセカンダリ圧の確保ができなくても、変速に必要な差推力を得ることが可能となり）、これによってオイルポンプの小型化が図れ、燃費向上が達成できる。

また、Ｓ３〜Ｓ８の制御によれば、実セカンダリ圧Ｐｓｅｃから目標プライマリ圧を算出することで、実セカンダリ圧Ｐｓｅｃを可能な限り高められる領域では、プライマリ圧を低下させずに必要な差推力を確保しつつ、油量収支が実際に不足し、実セカンダリ圧Ｐｓｅｃが補正後必要セカンダリ圧まで上がらなくなるような状況（図５中時刻ｔ２〜ｔ３）になっても、プライマリ圧を下限値まで低下させることで必要な差推力を確保することができ、ＣＶＴ１の変速比を速やかに最Ｌｏｗまで戻すことができる。

一方、Ｓ２で、停車直前または変速比が変動しない変速定常時と判断されて進むＳ９では、変速機コントローラ１２は、目標プライマリ圧をプライマリ圧理論下限値に所定のランプ勾配で近づけるとともに、補正後必要セカンダリ圧を必要セカンダリ圧に所定のランプ勾配で近づけることで、それぞれプライマリ圧理論下限値、必要セカンダリ圧に制御する。

これによって、変速比が変動する変速過渡時には、プライマリ圧下限値を低下させた場合であっても、ベルトとプーリとの間の動摩擦係数の影響で、ベルトとプーリとの間の相対的な滑りが抑制されるが、停車直前または変速比が実際に変化しない変速定常時（最Ｌｏｗ）の場合においては、ベルトとプーリとの間の摩擦係数が、動摩擦係数から静摩擦係数へ移行することで、プーリとベルトとの間に相対滑りが発生する可能性があるため、本領域でプライマリ圧下限値を理論値より低下させることによって発生する懸念のあるベルト３の滑りを防止しつつ、ＬＯＷ戻り性を向上させることができる。図５では、時刻ｔ３〜ｔ４が対応する。

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つを示したものに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

本願は日本国特許庁に２０１２年３月２８日に出願された特願２０１２−７４９２５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. プライマリプーリと、セカンダリプーリと、これらの間に巻き掛けられるベルトとを備え、プーリ押し付け力が前記プライマリプーリに供給されるプライマリ圧及び前記セカンダリプーリに供給されるセカンダリ圧によって決まる無段変速機であって、
   車両減速時に前記無段変速機の変速比を最Ｌｏｗに向けて変更するＬｏｗ戻し変速を行っているか判断するＬｏｗ戻し変速判断手段と、
   車両の減速度及び前記無段変速機の変速比に基づき前記ベルトが実際に滑り始めるプライマリ圧実測下限値を算出する実測下限値演算手段と、
   を備え、
   前記Ｌｏｗ戻し変速における前記プライマリ圧の目標値の下限値を前記プライマリ圧実測下限値に設定する、
   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Ｌｏｗ戻し変速を行っていると判断された場合に、
   前記無段変速機の変速比を維持するのに必要な必要セカンダリ圧を演算し、
   伝達トルク、前記プライマリプーリのシーブ角、前記ベルトと前記プライマリプーリとの間の摩擦係数及び前記ベルトと前記プライマリプーリとの接触半径に基づき演算される前記プライマリ圧の下限値であるプライマリ圧理論下限値と前記プライマリ圧実測下限値との差分を演算し、
   前記必要セカンダリ圧に前記差分を加算することで補正後必要セカンダリ圧を演算し、
   実セカンダリ圧が前記補正後必要セカンダリ圧になるように前記実セカンダリ圧を制御し、
   前記実セカンダリ圧から前記プライマリ圧の目標値を演算する、
   無段変速機。
3. 請求項２に記載の無段変速機であって、
   車速が下がって停車直前若しくは変速比が最Ｌｏｗである状態が検知された後は、前記プライマリ圧を前記プライマリ圧理論下限値に制御する、
   無段変速機。
4. プライマリプーリと、セカンダリプーリと、これらの間に巻き掛けられるベルトとを備え、プーリ押し付け力が前記プライマリプーリに供給されるプライマリ圧及び前記セカンダリプーリに供給されるセカンダリ圧によって決まる無段変速機の油圧制御方法であって、
   車両減速時に前記無段変速機の変速比を最Ｌｏｗに向けて変更するＬｏｗ戻し変速を行っているか判断し、
   車両の減速度及び前記無段変速機の変速比に基づき前記ベルトが実際に滑り始めるプライマリ圧実測下限値を算出し、
   前記Ｌｏｗ戻し変速における前記プライマリ圧の目標値の下限値を前記プライマリ圧実測下限値に設定する、
   油圧制御方法。
5. 請求項４に記載の油圧制御方法であって、
   前記Ｌｏｗ戻し変速を行っていると判断された場合に、
   前記無段変速機の変速比を維持するのに必要な必要セカンダリ圧を演算し、
   伝達トルク、前記プライマリプーリのシーブ角、前記ベルトと前記プライマリプーリとの間の摩擦係数及び前記ベルトと前記プライマリプーリとの接触半径に基づき演算される前記プライマリ圧の下限値であるプライマリ圧理論下限値と前記プライマリ圧実測下限値との差分を演算し、
   前記必要セカンダリ圧に前記差分を加算することで補正後必要セカンダリ圧を演算し、
   実セカンダリ圧が前記補正後必要セカンダリ圧になるように前記実セカンダリ圧を制御し、
   前記実セカンダリ圧から前記プライマリ圧の目標値を演算する、
   油圧制御方法。
6. 請求項５に記載の油圧制御方法であって、
   車速が下がって停車直前若しくは変速比が最Ｌｏｗである状態が検知された後は、前記プライマリ圧を前記プライマリ圧理論下限値に制御する、
   油圧制御方法。

Images