JP5970730B2 - 変速制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、変速機の入力回転数および出力回転数間の実変速比を目標変速比に一致させるフィードバック制御量を算出する制御量算出手段を備える変速制御装置に関する。

入力ディスクおよび出力ディスク間に挟持したパワーローラを傾転させることで変速比を無段階に変化させるトロイダル型無段変速機の変速比を制御する際に、目標変速比および実変速比の偏差を小さくする第１フィードバック制御と、目標変速速度および実変速速度の偏差を小さくする第２フィードバック制御とを使い分けるものが、下記特許文献１により公知である。

日本特許第４９２３９９９号公報

上記特許文献１に記載されているように、目標変速速度および実変速速度の偏差を小さくする第２フィードバック制御を行うことで、目標変速比および実変速比の偏差を小さくする第１フィードバック制御を行う場合に比べて、変速比制御の制御応答性を高めることができる。しかしながら、第２フィードバック制御を行った場合でも、変速比制御の開始時に目標変速速度および実変速速度の偏差が緩やかにしか増加しないために制御量も緩やかにしか増加せず、変速比制御の開始時における変速アクチュエータの作動が遅れてリニアな変速制御が阻害される可能性があった。しかも変速アクチュエータが発生する推力の形状（方向や大きさ）と制御量の形状（方向や大きさ）とが類似しないため、変速制御が不連続になって安定しない可能性があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、変速機の変速比をフィードバック制御する際に、目標値および実際値の偏差の発生を早期に検知してリニアな変速制御を可能にすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、変速機の入力回転数および出力回転数間の実変速比を目標変速比に一致させるフィードバック制御量を算出する制御量算出手段を備える変速制御装置であって、前記制御量算出手段は、前記目標変速比の変化加速度に対する前記実変速比の変化加速度の偏差をゼロに収束させるための前記フィードバック制御量を算出することを第１の特徴とする変速制御装置が提案される。

また本発明によれば、前記第１の特徴に加えて、前記変速機は、入力ディスクと、出力ディスクと、前記入力ディスクおよび前記出力ディスク間に挟持された一対のパワーローラと、前記一対のパワーローラを支持する一対のトラニオンと、前記一対のトラニオンに接続された一対の油圧アクチュエータとを備え、前記一対の油圧アクチュエータで前記一対のトラニオンを相互に逆方向に駆動し、前記一対のパワーローラをトラニオン軸まわりに揺動させて前記入力ディスクおよび前記出力ディスクとの接触点の位置を変化させることで変速比を変更するトロイダル型無段変速機であることを第２の特徴とする変速制御装置が提案される。

また本発明によれば、前記第２の特徴に加えて、前記制御量算出手段は、前記一対のトラニオンのフリクションを算出するとともに、前記フリクションの一部を補償するフィードフォワード制御量を算出し、前記フィードフォワード制御量を前記フィードバック制御量に加算して出力することを第３の特徴とする変速制御装置が提案される。

また本発明によれば、前記第３の特徴に加えて、前記制御量算出手段は、前記入力ディスクおよび前記出力ディスクが前記一対のパワーローラを挟持する押圧力、前記一対のトラニオンの摺動部の摩擦係数および前記変速機の変速比の少なくとも一つに基づいて前記フリクションを算出することを第４の特徴とする変速制御装置が提案される。

尚、実施の形態のトロイダル型無段変速機Ｔは本発明の変速機に対応し、実施の形態の電子制御ユニットＵは本発明の制御量算出手段に対応する。

本発明の第１の特徴によれば、変速機の入力回転数および出力回転数間の実変速比を目標変速比に一致させるフィードバック制御量を算出する制御量算出手段は、目標変速比の変化加速度に対する実変速比の変化加速度の偏差をゼロに収束させるためのフィードバック制御量を算出するので、目標変速比に対する実変速比の偏差に基づいてフィードバック制御量を算出する場合や、目標変速比の変化速度に対する実変速比の変化速度の偏差に基づいてフィードバック制御量を算出する場合に比べて制御応答性を高めることができるだけでなく、目標値および実際値の偏差の発生を早期に検知してフィードバックすることで、従来よりもリニアな変速制御が可能となる。

また本発明の第２の特徴によれば、一対の油圧アクチュエータで一対のトラニオンを相互に逆方向に駆動し、一対のパワーローラをトラニオン軸まわりに揺動させて入力ディスクおよび出力ディスクとの接触点の位置を変化させることで変速比を変更するトロイダル型無段変速機は、変速比を変更するときにトラニオンが中立位置から一方向に駆動され、変速比の変更が終了するとトラニオンが中立位置に向けて他方向に駆動される。トラニオンを駆動するために油圧アクチュエータが出力する推力の形状（方向や大きさ）は、目標変速比の変化加速度に対する実変速比の変化加速度の偏差の形状（方向や大きさ）に類似するので、トロイダル型無段変速機に本制御を適用することで、その変速制御を一層安定させることができる。

また本発明の第３の特徴によれば、制御量算出手段は、一対のトラニオンのフリクションを算出するとともに、フリクションの一部を補償するフィードフォワード制御量を算出し、フィードフォワード制御量をフィードバック制御量に加算して出力するので、フィードフォワード制御量でトラニオンのフリクションを補償して制御応答性を高めながら、フィードフォワード制御量が過大になって意図せぬ変速比に制御される事態を未然に回避することができる。

また本発明の第４の特徴によれば、制御量算出手段は、入力ディスクおよび出力ディスクが一対のパワーローラを挟持する押圧力、一対のトラニオンの摺動部の摩擦係数および変速機の変速比の少なくとも一つに基づいてフリクションを算出するので、フリクションを精度良く算出することができる。

図１はトロイダル型無段変速機のスケルトン図である。（第１の実施の形態） 図２は図１の要部拡大図である。（第１の実施の形態） 図３は図２の３−３線断面図である。（第１の実施の形態） 図４は変速比の制御系のブロック図である。（第１の実施の形態） 図５は変速比、変速速度、変速加速度、変速加速度の偏差および制御量の変化特性を示すタイムチャートである。（第１の実施の形態） 図６は変速加速度偏差の形状および変速アクチュエータの必要推力の形状の説明図である。（第１の実施の形態）

１５ 入力ディスク
１６ 出力ディスク
１８ トラニオン軸
１９ パワーローラ
２１ トラニオン
２７ 油圧アクチュエータ
Ｔ トロイダル型無段変速機（変速機）
Ｕ 電子制御ユニット（制御量算出手段）

以下、図１〜図６に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態

図１に示すように、自動車用のトロイダル型無段変速機Ｔは、エンジンＥのクランクシャフト１１にダンパー１２を介して接続されたインプットシャフト１３を備えており、インプットシャフト１３上に実質的に同一構造の第１無段変速機構１４Ｆおよび第２無段変速機構１４Ｒが支持される。第１無段変速機構１４Ｆは、インプットシャフト１３に固定された概略コーン状の入力ディスク１５と、インプットシャフト１３に相対回転自在かつ軸方向摺動自在に支持された概略コーン状の出力ディスク１６と、ローラ軸１７まわりに回転自在に支持されるとともにトラニオン軸１８，１８まわりに傾転自在に支持されて入力ディスク１５および出力ディスク１６に当接可能な一対のパワーローラ１９，１９とを備える。入力ディスク１５および出力ディスク１６の対向面はトロイダル曲面で構成されており、パワーローラ１９，１９がトラニオン軸１８，１８まわりに傾転すると、入力ディスク１５および出力ディスク１６に対するパワーローラ１９，１９の接触点が変化する。

第２無段変速機構１４Ｒは、ドライブギヤ２０を挟んで前記第１無段変速機構１４Ｆと実質的に面対称に配置されており、第１、第２無段変速機構１４Ｆ，１４Ｒの出力ディスク１６，１６およびドライブギヤ２０は一体に形成される。但し、第１無段変速機構１４Ｆの入力ディスク１５がインプットシャフト１３に固着されるのに対し、第２無段変速機構１４Ｒの入力ディスク１５はインプットシャフト１３に対して相対回転不能かつ軸方向移動可能にスプライン結合され、インプットシャフト１３の左端に形成されたシリンダ３５に摺動自在に嵌合する。従って、シリンダ３５の内部の油室３６に油圧を供給すると、第２無段変速機構１４Ｒの入力ディスク１５と、第１、第２無段変速機構１４Ｆ，１４Ｒの出力ディスク１６，１６とが、第１無段変速機構１４Ｆの入力ディスク１５に向けて押圧され、入力ディスク１５，１５および出力ディスク１６，１６とパワーローラ１９…との間のスリップを抑制する荷重を発生させることができる。

図２および図３から明らかなように、第１無段変速機構１４Ｆ（あるいは第２無段変速機構１４Ｒ）は、インプットシャフト１３を挟むように配置された左右一対のトラニオン２１，２１を備えており、各トラニオン２１の下部は下部支持板２２にローラベアリング２３を介して回転自在、かつ上下摺動自在に支持される。また各トラニオン２１にクランク状に屈曲したピボットシャフト２４の一端が回転自在に支持されるとともに、ピボットシャフト２４の他端にパワーローラ１９が回転自在に支持される。

油圧制御ブロック２５，２６に設けた一対の油圧アクチュエータ２７，２７のピストンロッド２８，２８がトラニオン２１，２１の下端にそれぞれ一体に形成される。各油圧アクチュエータ２７は、油圧制御ブロック２５に形成されたシリンダ２９と、ピストンロッド２８に一体に形成されてシリンダ２９に摺動自在に嵌合するピストン３０と、ピストン３０の下側に区画された増速用油室３１と、ピストン３０の上側に区画された減速用油室３２とから構成される。

合計４本のトラニオン２１…の上端が、各々球面継手３３…を介して上部支持板３４の四隅に枢支されており、２本のトラニオン２１，２１が上動して他の２本のトラニオン２１，２１が下動するときに、その動きが同期するようになっている。

変速制御弁４３には、高圧のＰＨ圧を出力するＰＨ油圧源４４と、低圧のＰＬ圧を出力するＰＬ油圧源４５とが接続される。また変速制御弁４３には、油路４６を介して二つの増速用油室３１，３１が接続されるとともに、油路４７を介して二つの減速用油室３２，３２が接続される。

従って、増速用油室３１に高圧のＰＨ圧が供給されて減速用油室３２に低圧のＰＬ圧が供給されるとピストン３０およびピストンロッド２８が上昇し、逆に減速用油室３２に高圧のＰＨ圧が供給されて増速用油室３１に低圧のＰＬ圧が供給されるとピストン３０およびピストンロッド２８が下降する。これにより、第１、第２無段変速機構１４Ｆ，１４Ｒの各一対のトラニオン２１，２１は相互に逆方向に駆動される。

次に、第１無段変速機構１４Ｆの作用を説明する。

変速制御弁４３でＰＨ油圧源４４を減速用油室３２，３２に接続し、ＰＬ油圧源４５を増速用油室３１，３１に接続すると、油圧アクチュエータ２７，２７が作動して一対のトラニオン２１，２１の一方が中立位置から上昇して他方が中立位置から下降する。その結果、パワーローラ１９，１９が図１の矢印ａ方向に傾転し、入力ディスク１５との接触点がインプットシャフト１３に対して半径方向外側に移動するとともに、出力ディスク１６との接触点がインプットシャフト１３に対して半径方向内側に移動するため、入力ディスク１５の回転が増速して出力ディスク１６に伝達され、トロイダル型無段変速機Ｔの変速比が連続的に減少する。

逆に、変速制御弁４３でＰＨ油圧源４４を減速用油室３２，３２に接続し、ＰＬ油圧源４５を増速用油室３１，３１に接続すると、油圧アクチュエータ２７，２７が作動して一対のトラニオン２１，２１の一方が中立位置から下降して他方が中立位置から上昇する。その結果、パワーローラ１９，１９が図１の矢印ｂ方向に傾転し、入力ディスク１５との接触点がインプットシャフト１３に対して半径方向内側に移動するとともに、出力ディスク１６との接触点がインプットシャフト１３に対して半径方向外側に移動するため、入力ディスク１５の回転が減速して出力ディスク１６に伝達され、トロイダル型無段変速機Ｔの変速比が連続的に増加する。

以上のように、油圧アクチュエータ２７，２７で一対のトラニオン２１，２１を中立位置から相互に逆方向に駆動することで、変速比が目標変速比に向けて変化する。そして変速比が目標変速比に達したときに油圧アクチュエータ２７，２７で一対のトラニオン２１，２１を中立位置に復帰させるとともに、油圧アクチュエータ２７，２７の推力をパワーローラ１９，１９が入力ディスク１５および出力ディスク１６から受ける反力と釣り合わせることで、前記目標変速比が維持される。

第２無段変速機構１４Ｒの作用は上述した第１無段変速機構１４Ｆの作用と同一であり、第１、第２無段変速機構１４Ｆ，１４Ｒは同期して変速作用を行う。従って、エンジンＥのクランクシャフト１１からインプットシャフト１３に入力された駆動力は、トロイダル型無段変速機Ｔの変速比のレンジ内の任意の変速比で無段階に変速され、ドライブギヤ２０から出力される。

次に、図４に基づいてトロイダル型無段変速機Ｔの制御系を説明する。

トロイダル型無段変速機Ｔの変速比を制御する電子制御ユニットＵは、目標変速比決定部Ｍ１と、目標変速速度決定部Ｍ２と、目標変速加速度決定部Ｍ３と、変速加速度フィードバックＰＩＤ制御部Ｍ４と、変速加速度フィードバック実行判断部Ｍ５と、トラニオンフリクション算出部Ｍ６と、変速比維持推力算出部Ｍ７とを備える。

目標変速比決定部Ｍ１は、入力ディスク１５の回転数、出力ディスク１６の回転数、車速、アクセルペダル開度等に基づいてトロイダル型無段変速機Ｔの目標変速比を算出する。目標変速速度決定部Ｍ２は、目標変速比決定部Ｍ１で算出した目標変速比の時間変化率である目標変速速度を算出する。目標変速加速度決定部Ｍ３は、目標変速速度決定部Ｍ２で算出した目標変速速度の時間変化率である目標変速加速度を算出する。

減算器５１は、目標変速加速度決定部Ｍ３で算出した目標変速加速度から、入力ディスク１５の回転数および出力ディスク１６の回転数に基づいて算出した実変速加速度を減算することで、変速加速度の偏差を算出する。変速加速度フィードバックＰＩＤ制御部Ｍ４は、減算器５１から入力された変速加速度の偏差をＰＩＤ処理し、前記偏差をゼロに収束させるためのＰＩＤフィードバック制御量を算出する。その際に、後述するトラニオン２１，２１のフリクション、トロイダル型無段変速機Ｔのオイルの温度、トロイダル型無段変速機Ｔの変速比等に基づいてＰＩＤゲインを持ち替えることができる。

また変速加速度フィードバック実行判断部Ｍ５は、変速加速度によるフィードバック制御が実行可能か否かを判断し、可能な場合に限り変速加速度フィードバックＰＩＤ制御部Ｍ４による変速制御の実行を許可する。例えば、エンジン回転数がアイドル回転数以下のような場合には、オイルポンプが発生するライン圧が不十分であるため、実変速比が目標変速比に追従し難くなってフィードバック制御量が増加し、そのためにライン圧が更に不足して制御が不安定になる。このような場合には、変速加速度によるフィードバック制御が的確に実行できないため、その実行が禁止される。

トラニオンフリクション算出部Ｍ６は、入力ディスク１５および出力ディスク１６がパワーローラ１９，１９を挟持する荷重、トラニオン２１，２１の摺動部の摩擦係数、トロイダル型無段変速機Ｔの変速比等に基づいて、トラニオン２１，２１が移動する際のフリクションに相当する制御量を算出する。トラニオンフリクション算出部Ｍ６が算出したフリクション相当の制御量は、加算機５２において変速加速度フィードバックＰＩＤ制御部Ｍ４が出力するＰＩＤフィードバック制御量に加算される。

変速比維持推力算出部Ｍ７は、変速比を一定に維持するために油圧アクチュエータ２７，２７が発生すべき推力に相当する制御量を算出する。この制御量は、エンジンＥからトロイダル型無段変速機Ｔに入力されるトルク、パワーローラ１９，１９の傾転角、トロイダル型無段変速機Ｔの各諸元等に基づいて算出される。そして変速比維持推力算出部Ｍ７が算出した油圧アクチュエータ２７，２７の推力相当の制御量は、加算機５３において前記加算機５２が出力する制御量に加算された後、フィルタ５４でノイズ成分を除去されて油圧アクチュエータ２７，２７に油圧を供給する流量制御弁の開度を制御する。

次に、図５に基づいてトロイダル型無段変速機Ｔの制御系の機能を更に説明する。

図５（Ａ）の鎖線は、マップ等から得られる目標変速比の一例である。マップ等から得られる目標変速比は制御の開始と同時に急激に変化するが、図５（Ａ）に破線で示すように、前記目標変速比（鎖線参照）を過渡特性を考慮してなましたものが、実際の目標変速比として使用される。図５（Ａ）の実線は、本制御により最終的に得られる実変速比の変化特性である。

目標変速速度決定部Ｍ２は、目標変速比決定部Ｍ１で算出した目標変速比（図５（Ａ）の破線参照）に応じて目標変速速度を算出する。図５（Ｂ）に破線で示すように、制御開始時に目標変速速度は急激に立ち上がっており、これにより変速アクチュエータ２７，２７を素早く作動させて制御応答性を高めることができる。また制御終了時に目標変速速度は制御開始時に比べて緩やかに復帰しており、これにより実変速比が目標変速比をオーバーシュートすることが防止される。実線で示す実変速速度は、破線で示す目標変速速度にやや遅れて追従する。

目標変速加速度決定部Ｍ３は、目標変速速度決定部Ｍ２で算出した目標変速速度の時間変化率である目標変速加速度（図５（Ｃ）の破線参照）と、実変速速度の時間変化率である実変速加速度（図５（Ｃ）の実線参照）とを算出する。実線で示す実変速加速度は、破線で示す目標変速加速度にやや遅れて追従する。

図５（Ｄ）は、変速加速度フィードバックＰＩＤ制御部Ｍ４で算出する実変速加速度に対する目標変速加速度の偏差を示すもので、制御開始時には負の偏差大きく発生した後に正の偏差が小さく発生し、制御終了時には正の偏差がやや大きく発生した後に負の偏差が僅かに発生する。

図５（Ｅ）は、図５（Ｄ）に示す偏差から変速加速度フィードバックＰＩＤ制御部Ｍ４が算出したＰＩＤフィードバック制御量と、トラニオンフリクション算出部Ｍ６が算出したトラニオン２１，２１のフリクション相当のフィードフォワード制御量とを加算した制御量を示すものである。ここでは、変速比維持推力算出部Ｍ７が算出した油圧アクチュエータ２７，２７が発生すべき推力相当のフィードフォワード制御量の加算は省略されている。網かけ部分は正味のフリクション相当の制御量を示しており、実際に加算される制御量は正味のフリクション相当の制御量よりも若干小さく設定される。

以上のように、電子制御ユニットＵが変速制御弁４３の開度を制御する制御量は、変速加速度の偏差をＰＩＤ処理して算出したＰＩＤフィードバック制御量と、トラニオン２１，２１のフリクション相当のフィードフォワード制御量と、変速比を一定に維持するために油圧アクチュエータ２７，２７が発生すべき推力相当の制御量との加算値であるため、ＰＩＤフィードバック制御量により、トラニオン２１，２１はフリクションおよびパワーローラ１９，１９の反力に打ち勝って移動し、トロイダル型無段変速機Ｔの変速比が変更される。

その際に、ＰＩＤフィードバック制御量を変速加速度の偏差に基づいて算出するため、制御開始時の偏差（図５（Ｄ）のａ部参照）を大きく発生させることができ、これによりＰＩＤフィードバック制御量を変速比の偏差や変速速度の偏差に基づいて算出する場合に比べて制御応答性を高めることができるだけでなく、偏差の発生を早期に検知してフィードバックすることで従来よりもリニアな変速制御が可能となる。

またＰＩＤフィードバック制御量にトラニオン２１，２１のフリクション相当のフィードフォワード制御量と、パワーローラ１９，１９からの反力を相殺して変速比を維持するために油圧アクチュエータ２７，２７が発生すべき推力相当のフィードフォワード制御量とを加算して最終的な制御量を出力するので、トラニオン２１，２１のフリクションおよびパワーローラ１９，１９からの反力に影響されずに変速比を精度良く制御することができる。

このとき、トラニオン２１，２１のフリクション相当のフィードフォワード制御量を、実際のフリクション相当の値よりも若干小さく設定するので（図５（Ｅ）参照）、フィードフォワード制御量が過大になって意図せぬ変速比に制御される事態を未然に回避することができる。

図６のタイムチャートは、目標変速比、目標変速速度、目標変速加速度、変速加速度偏差、変速に必要なトラニオン２１，２１のストローク、トラニオン２１，２１のストロークに必要な油圧アクチュエータ２７，２７の推力の変化を模式的に示すものである。トロイダル型無段変速機Ｔでは、変速制御の開始時に油圧アクチュエータ２７，２７を一方向に駆動し、変速制御の終了時に油圧アクチュエータ２７，２７を他方向に駆動する必要がある。

同図から明らかなように、変速加速度偏差のラインの形状は、変速に必要な油圧アクチュエータ２７，２７の推力のラインの形状と類似しており、制御開始時には前者および後者は共に一方向（図中下向き）に変化し、制御終了時には前者および後者は共に他方向（図中上向き）に変化している。変速加速度偏差はＰＩＤフィードバック制御量に直接関連し、ＰＩＤフィードバック制御量は油圧アクチュエータ２７，２７の推力に直接関連する。よって、その変速加速度偏差のラインの形状が変速に必要な油圧アクチュエータ２７，２７の推力のラインの形状に類似していることにより、トロイダル型無段変速機Ｔに本制御を適用すれば、変速制御を一層安定させることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、本発明の変速機は実施の形態のトロイダル型無段変速機Ｔに限定されず、ベルト式無段変速機のような他種の変速機であっても良い。

Claims (4)

1. 変速機（Ｔ）の入力回転数および出力回転数間の実変速比を目標変速比に一致させるフィードバック制御量を算出する制御量算出手段（Ｕ）を備える変速制御装置であって、
   前記制御量算出手段（Ｕ）は、前記目標変速比の変化加速度に対する前記実変速比の変化加速度の偏差をゼロに収束させるための前記フィードバック制御量を算出することを特徴とする変速制御装置。
2. 前記変速機（Ｔ）は、入力ディスク（１５）と、出力ディスク（１６）と、前記入力ディスク（１５）および前記出力ディスク（１６）間に挟持された一対のパワーローラ（１９）と、前記一対のパワーローラ（１９）を支持する一対のトラニオン（２１）と、前記一対のトラニオン（２１）に接続された一対の油圧アクチュエータ（２７）とを備え、前記一対の油圧アクチュエータ（２７）で前記一対のトラニオン（２１）を相互に逆方向に駆動し、前記一対のパワーローラ（１９）をトラニオン軸（１８）まわりに揺動させて前記入力ディスク（１５）および前記出力ディスク（１６）との接触点の位置を変化させることで変速比を変更するトロイダル型無段変速機であることを特徴とする、請求項１に記載の変速制御装置。
3. 前記制御量算出手段（Ｕ）は、前記一対のトラニオン（２１）のフリクションを算出するとともに、前記フリクションの一部を補償するフィードフォワード制御量を算出し、前記フィードフォワード制御量を前記フィードバック制御量に加算して出力することを特徴とする、請求項２に記載の変速制御装置。
4. 前記制御量算出手段（Ｕ）は、前記入力ディスク（１５）および前記出力ディスク（１６）が前記一対のパワーローラ（１９）を挟持する押圧力、前記一対のトラニオン（２１）の摺動部の摩擦係数および前記変速機（Ｔ）の変速比の少なくとも一つに基づいて前記フリクションを算出することを特徴とする、請求項３に記載の変速制御装置。
   

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