JP6211704B2 - 無段変速機及びその制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ベルト無段変速機に関し、特に、油圧振動発生時の車体振動を低減する技術に関する。
ベルト無段変速機は、プーリの溝幅を油圧によって変更することで変速比を無段階に変更する。このような構成のため、プーリに供給される油圧が何らかの原因で振動すると、変速比が変動して駆動力変化を引き起こし、車体が振動する。油圧の振動は、オイルポンプの構造、油路の構造、バルブの特性等が原因となって起こることが多い。
この点に関し、JP2005−121127Aは、オイルポンプからプーリに至るまでの油路にアキュムレータを接続し、アキュムレータによって油圧振動を吸収する技術を開示している。
しかしながら、アキュムレータを油路の途中に接続する構成を採用する場合、部品点数増によるコスト増と重量増とが問題となる。
本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、油圧振動が原因で発生する車体振動を低減することを目的とする。
本発明のある態様によれば、無段変速機であって、供給される油圧に応じてそれぞれ溝幅を変更可能なプライマリプーリ及びセカンダリプーリと、前記プライマリプーリ及び前記セカンダリプーリとの間に掛け回されるベルトとを有するバリエータと、前記プライマリプーリ及び前記セカンダリプーリに供給される油圧が振動している場合に、前記セカンダリプーリに供給される油圧を上昇させるとともに前記プライマリプーリに供給される油圧を下げ、前記プライマリプーリの溝幅が前記プライマリプーリの構造上採りうる最大値となる変速比であるメカニカルLow変速比まで前記バリエータを変速させる制御手段と、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、これに対応する制御方法が提供される。
上記態様によれば、油圧が振動している場合は、バリエータがメカニカルLow変速比まで変速されるので、プライマリ圧が振動してもプライマリプーリの溝幅が広がらなくなる。すなわち、バリエータの変速比のLow側への変化が制限される。これにより、バリエータの変速比変化が小さくなり、車体振動が低減される。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、ある変速機構の「変速比」は、当該変速機構の入力回転速度を当該変速機構の出力回転速度で割って得られる値である。
図1は本発明の実施形態に係る無段変速機を搭載した車両の概略構成図である。この車両は動力源としてエンジン1を備える。エンジン1の出力回転は、トルクコンバータ2、第1ギヤ列3、変速機4、第2ギヤ列5、差動装置6を介して駆動輪7へと伝達される。第2ギヤ列5には駐車時に変速機4の出力軸を機械的に回転不能にロックするパーキング機構8が設けられている。
エンジン1は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関である。
トルクコンバータ2は、ロックアップクラッチ2aを備える。ロックアップクラッチ2aが締結されると、トルクコンバータ2における滑りがなくなり、トルクコンバータ2の伝達効率を向上させることができる。
また、車両には、エンジン1の動力の一部を利用して駆動されるオイルポンプ10と、オイルポンプ10からの油圧を調圧して変速機4の各部位に供給する油圧制御回路11と、油圧制御回路11を制御する変速機コントローラ12とが設けられている。
変速機4は、バリエータ20と、バリエータ20に対して直列に設けられる副変速機構30とを備えた無段変速機である。「直列に設けられる」とはエンジン1から駆動輪7に至るまでの動力伝達経路においてバリエータ20と副変速機構30とが直列に設けられるという意味である。この例では、副変速機構30がバリエータ20の出力側に設けられているが、副変速機構30は入力側に設けられていてもよい。
バリエータ20は、プライマリプーリ21と、セカンダリプーリ22と、プーリ21、22の間に掛け回されるベルト23とを備えた無段変速機構である。プーリ21、22は、それぞれ固定円錐板21f、22fと、固定円錐板21f、22fに対してシーブ面を対向させた状態で配置され固定円錐板21f、22fとの間に溝を形成する可動円錐板21m、22mと、可動円錐板21m、22mの背面に設けられて可動円錐板21m、22mを軸方向に変位させる油圧シリンダ21p、22pとを備える。また、プライマリプーリ21の可動円錐板21mの側方には、可動円錐板21mの変位を規制するストッパ25が設けられている。
プーリ21、22に供給される油圧(プライマリ圧Ppri及びセカンダリ圧Psec)を調整すると、プーリ21、22がベルト23を挟持する力が変化してバリエータ20のトルク容量(伝達可能な最大トルク)が変化し、また、溝幅が変化してベルト23と各プーリ21、22との接触半径が変化し、バリエータ20の変速比が無段階に変化する。
副変速機構30は前進2段・後進1段の変速機構である。副変速機構30は、2つの遊星歯車のキャリアを連結したラビニョウ型遊星歯車機構31と、複数の摩擦要素(Lowブレーキ32、Highクラッチ33、Revブレーキ34)とを備える。摩擦要素32〜34への供給油圧を調整し、摩擦要素32〜34の締結状態を変更することによって、副変速機構30の変速段が変更される。以下の説明では、副変速機構30の変速段が1速であるとき「変速機4が低速モードである」と表現し、2速であるとき「変速機4が高速モードである」と表現する。
変速機コントローラ12は、CPUと、RAM・ROMからなる記憶装置と、入出力インターフェースと、これらを相互に接続するバスとから構成される。
変速機コントローラ12には、入出力インターフェースを介して、アクセルペダルの操作量を表すアクセル開度APOを検出するアクセル開度センサ41、プライマリプーリ21の回転速度であるプライマリ回転速度Npriを検出する回転速度センサ42、車速VSPを検出する車速センサ43、ライン圧PLを検出する油圧センサ44、プライマリ圧Ppriを検出する油圧センサ45、セカンダリ圧Psecを検出する油圧センサ46、セレクトレバーの位置を検出するインヒビタスイッチ47、セカンダリプーリ22の回転速度であるセカンダリ回転速度Nsecを検出する回転速度センサ48等からの信号が入力される。
変速機コントローラ12の記憶装置には、変速機4の変速制御プログラム、この変速制御プログラムで用いる変速マップ(図3)が格納されている。変速機コントローラ12は、記憶装置に格納されている変速制御プログラムを読み出してCPUに実行させることによって、入力インターフェースを介して入力される信号に対して所定の演算処理を施して変速機4の各部位に供給する油圧の指示値を設定し、設定した指示値を入出力インターフェースを介して油圧制御回路11に出力する。
油圧制御回路11は複数の流路、複数の油圧制御弁で構成される。油圧制御回路11は、変速機コントローラ12からの指示値に基づき、複数の油圧制御弁を制御して油圧の供給経路を切り換えるとともに指示値に応じた油圧を生成し、これを変速機4の各部位に供給する。これにより、バリエータ20の変速、副変速機構30の変速段の変更、各摩擦要素32〜34の容量制御、ロックアップクラッチ2aの締結・解放が行われる。
図2は、油圧制御回路11のうち、バリエータ20の変速に関連のある部分を示している。
ライン圧調圧弁61は、オイルポンプ10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62及びセカンダリ圧調圧弁63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61、プライマリ圧調圧弁62及びセカンダリ圧調圧弁63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61f、62f、63fを有している。
このような構成により、油圧制御回路11は、ライン圧PLを元圧としてプライマリ圧Ppriとセカンダリ圧Psecとを独立して調圧することができる。
図3は変速マップの一例を示している。変速機コントローラ12は、この変速マップを参照しながら、車両の運転状態(この実施形態では車速VSP、プライマリ回転速度Npri、アクセル開度APO)に応じて、バリエータ20、及び、副変速機構30を制御する。
この変速マップでは、変速機4の動作点が車速VSPとプライマリ回転速度Npriとにより定義される。変速機4の動作点と変速マップ左下隅の零点とを結ぶ線の傾きが変速機4の変速比(バリエータ20の変速比に副変速機構30の変速比を掛けて得られる全体の変速比、以下、「スルー変速比」という。)に対応する。変速マップには、従来のベルト無段変速機の変速マップと同様に、アクセル開度APO毎に変速線が設定されており、変速機4の変速はアクセル開度APOに応じて選択される変速線に従って行われる。
変速機4が低速モードのときは、変速機4はバリエータ20の変速比を最Low変速比にして得られる低速モード最Low線とバリエータ20の変速比を最High変速比にして得られる低速モード最High線の間(図中A、B領域)で変速することができる。一方、変速機4が高速モードのときは、変速機4はバリエータ20の変速比を最Low変速比にして得られる高速モード最Low線とバリエータ20の変速比を最High変速比にして得られる高速モード最High線の間(図中B、C領域)で変速することができる。
なお、ここで言う最Low変速比は、変速マップに従って変速制御を行う場合に使用するバリエータ20の変速比範囲の最大値である。バリエータ20は、後述するように、構造上、最Low変速比よりもLow側の変速比を採ることが可能である。
副変速機構30を1速から2速へのアップシフトさせるモード切換は、目標とする変速機4の動作点が1−2変速線をB領域側からC領域側に横切った場合に実行される。1−2変速線は、低速モード最High線上に略重なるように設定される。
これに対し、副変速機構30を2速から1速へのダウンシフトさせるモード切換は、副変速機構30の変速段が2速の状態でアクセルペダルが大きく踏み込まれ、目標とする変速機4の動作点が図4に示す2−1変速許可領域に入った場合に実行される。
さらに、変速機コントローラ12は、副変速機構30を変速させる際、バリエータ20の変速比を副変速機構30の変速比が変化する方向と逆の方向に変更する協調変速を行う。具体的には、変速機コントローラ12は、副変速機構30のイナーシャフェーズに合わせてバリエータ20を変速させ、かつ、イナーシャフェーズ中、副変速機構30の締結側摩擦要素又は解放側摩擦要素(Lowブレーキ32又はHighクラッチ33)の容量を制御し、副変速機構30の入力回転速度(副変速機構30の実変速比に対応)をバリエータ20の変速比変化に合わせて連続的に変化させる。これにより、協調変速中、スルー変速比に段差が生じないようにし、副変速機構30変速時の変速ショックを抑制する。
ところで、プライマリ圧Ppri、セカンダリ圧Psecは様々な要因で振動を起こし、これらの油圧が振動するとバリエータ20の変速比変化、ひいては駆動力変化を引き起こし、車体が振動する原因となる。
油圧の振動は、オイルポンプ10の構造、油圧制御回路11の油路の構造、調圧弁61〜63の特性等が原因となって起こり、その原因を正確に突き止めるのは容易ではないが、このような油圧の振動が起こったとしてもバリエータ20の変速比が少なくなるように予め対策しておけば、このような車体振動を低減することが可能である。
そこで、変速機コントローラ12は、後述する車体振動低減処理を実行し、油圧が振動した場合には、セカンダリ圧Psecを上昇させるとともにプライマリ圧Ppriを下げ、プライマリプーリ21の溝幅がプライマリプーリ21の構造上採りうる最大値となる変速比、本実施形態では、プライマリプーリ21の可動円錐板21mがストッパ25に当接するときの変速比(以下、「メカニカルLow変速比」という。)まで変速させるようにする。バリエータ20の変速比がメカニカルLow変速比に到達すると、可動円錐板21mが固定円錐板21fから離れる方向に変位できなくなるので、バリエータ20の変速比がLow側に変化するのを抑えることができる。
さらに、変速機コントローラ12は、この状態からプライマリ圧Ppriをさらに下げてベルト23の張力によって可動円錐板21mをストッパ25に押し付けることによって、固定円錐板21fに近づく方向の可動円錐板21mの変位も抑え、バリエータ20の変速比がHigh側に変化するのも抑える。
図5は、変速機コントローラ12が実行する車体振動低減処理の内容を示したフローチャートである。
これによると、ステップS11では、変速機コントローラ12は、油圧振動を検知したか判断する。変速機コントローラ12は、例えば、ライン圧PLの振幅が所定値を超える状態が所定時間継続した場合に油圧振動を検知したと判断する。本実施形態ではライン圧PLに基づき油圧振動を検知するようにしているが、プライマリ圧Ppri、セカンダリ圧Psecに基づき油圧振動を検知するようにしてもよい。変速機コントローラ12は、油圧振動を検知した場合は処理をステップS12に進め、検知しなかった場合は処理を終了する。
ステップS12では、変速機コントローラ12は、バリエータ20の変速比をメカニカルLow変速比まで変速させることが許可されているか判断する。メカニカルLow変速比への変速は、例えば、バリエータ20の変速比が最Low変速比である場合に許可される。バリエータ20の変速比が最Low変速比であるかどうかは、プライマリ回転速度Npriとセカンダリ回転速度Nsecとの比に基づき判断してもよいし、図3に示した変速マップに変速制御が行われていることを前提として、車速VSPと副変速機構30の変速段とに基づき判断するようにしてもよい。
バリエータ20の変速比が最Low変速比であることを許可条件にするのは、バリエータ20の変速比をメカニカルLow変速比まで変化させる際の変速比変化量を抑え、駆動力変化が運転者に与える違和感を抑えるためである。
ステップS13では、変速機コントローラ12は、目標セカンダリ圧tPsecをバリエータ20の現在の変速比(最Low変速比)及びトルク容量(伝達可能なトルク)を維持するのに必要な油圧よりも上昇させてセカンダリ圧Psecを上昇させ、バリエータ20の変速比を最Low変速比からメカニカルLow変速比まで変化させる。このとき、変速機コントローラ12は、目標セカンダリ圧tPsecの上昇に合わせて目標プライマリ圧tPpriを下げ、プライマリ圧Ppriをベルト23が滑り始める直前の圧(滑り限界圧PPmin)まで下げる。
ステップS14では、変速機コントローラ12は、ステップS13で目標セカンダリ圧tPsecを上昇させてから所定時間が経過したか判断する。所定時間は、目標セカンダリ圧tPsecを上昇さてからセカンダリ圧Psecが実際に上昇し、バリエータ20の変速比がメカニカルLow変速比に到達するまでの時間に設定される。変速機コントローラ12は、所定時間が経過したと判断するまでステップS14の判断を繰り返し、所定時間が経過したと判断したら処理をステップS15に進める。
ステップS15では、変速機コントローラ12は、目標プライマリ圧tPpriを滑り限界圧PPminからさらに下げ、この例ではゼロまで下げる。これにより、プライマリ圧Ppriが滑り限界圧PPminよりも下がることになるが、ベルト23の張力によってプライマリプーリ21の可動円錐板21mがストッパ25に押し付けられ、その反力によってベルト23がプライマリプーリ21に挟持されるので、ベルト23が滑ることはない。
その後、変速機コントローラ12は、ステップS16においてメカニカルLow変速比解除条件が成立したと判断するまでバリエータ20の変速比をメカニカルLow変速比に保持する。変速機コントローラ12は、以下のいずれか:
・目標とする変速機4の動作点に対応するバリエータ20の変速比<最Low変速比
(車速VSPが所定車速以上)
・車速VSP=0
・セレクトレバー位置が非走行用位置(Pポジション、Nポジション)
・目標とする変速機4の運転点が2−1変速許可領域に移動
を満たした場合にメカニカルLow変速比解除条件が成立したと判断する。
・目標とする変速機4の動作点に対応するバリエータ20の変速比<最Low変速比
(車速VSPが所定車速以上)
・車速VSP=0
・セレクトレバー位置が非走行用位置(Pポジション、Nポジション)
・目標とする変速機4の運転点が2−1変速許可領域に移動
を満たした場合にメカニカルLow変速比解除条件が成立したと判断する。
メカニカルLow変速比解除条件が成立したら、変速機コントローラ12は、処理をステップS17に進め、目標プライマリ圧tPpriを上昇させるとともに目標セカンダリ圧tPsecを下げ、目標とする変速機4の運転点に対応する変速比までバリエータ20を変速させる。目標とする変速機4の運転点が2−1変速許可領域に入ったことでメカニカルLow変速比解除条件が成立した場合は、副変速機構30を2速から1速に変速させる際のイナーシャフェーズ(副変速機構30の変速比がLow側に変化する期間)に時期を合わせてバリエータ20を変速させるようにする。
続いて上記車体振動低減処理を行うことによる作用効果について説明する。
図6は、上記車体振動低減処理が行われる様子を示している。時刻t1で油圧振動が検知されると、セカンダリ圧Psecが高められ、プライマリ圧Ppriが下げられる。これにより、バリエータ20がメカニカルLow変速比に向けて変速する。
時刻t2でバリエータ20の変速比がメカニカルLow変速比に到達すると、プライマリ圧Ppriが振動しても、プライマリプーリ21の溝幅が広がることが無くなる、すなわち、バリエータ20の変速比がLow側に変化しなくなる。これにより、バリエータ20の変速比変化が少なくなり、車体振動が抑えられる。
そして、この状態からさらにプライマリ圧Ppriを下げると(時刻t2〜t3)、ベルト23の張力によってプライマリプーリ21の可動円錐板21mがストッパ25に押し付けられる。これにより、プライマリプーリ21の溝幅が狭まる方向への可動円錐板21mの変位、すなわち、バリエータ20の変速比のHigh側への変化も抑えられる。バリエータ20の変速比変化がさらに少なくなるので、車体振動がさらに抑えられる。
なお、ベルト23は、可動円錐板21mがストッパ25に押し付けられることによる反力によってプライマリプーリ21に挟持されるので、プライマリ圧Ppriを滑り限界圧PPminよりも下げてもベルト23が滑ることはない。
さらに、プライマリ圧Ppriを下げたことでプライマリ圧Ppriの振動が小さくなり、特に、プライマリ圧Ppriをゼロまで下げればプライマリ圧Ppriの振動を完全になくすことができるので、プライマリ圧Ppriが振動することによる変速比変化がより一層抑えられる。
また、油圧振動発生時にバリエータ20をメカニカルLow変速比まで変速させるのは、バリエータ20の変速比が最Low変速比である場合に限定した。これにより、バリエータ20の変速比をメカニカルLow変速比まで変化させる際の変速比変化量を抑え、駆動力変化が運転者に与える違和感を抑えることができる。
また、上記車体振動低減処理によれば油圧振動発生時の車体振動を低減することができるが、セカンダリ圧Psecを上昇させた状態が継続するので、この状態が長く継続することは燃費の観点から好ましくない。
この点に関しては、上記車体振動低減処理では、目標とする変速機4の動作点に対応するバリエータ20の変速比が最Low変速比よりもHigh側になった場合や、駆動輪7が回転しない状態やエンジンの動力が駆動輪7に伝達されない状態のように車体振動が問題にならない状態になった場合には、バリエータ20の変速比をメカニカルLow変速比から離脱させ、目標とする変速機4の運転点に対応する変速比まで変化させるようにした。これにより、セカンダリ圧Psecを上昇させた状態が継続することによる燃費の悪化を抑えることができる。
また、副変速機構30の変速段が2速の状態で上記車体振動低減処理が行われている状況で、目標とする変速機4の動作点が2−1変速許可領域に入った場合に、バリエータ20の変速比をメカニカルLow変速比に保持したまま副変速機構30のみを2速から1速に変速させると変速ショックが発生し、さらに、その後、バリエータ20をメカニカルLow変速比から離脱させる際には、スルー変速比が変化することによる駆動力変化が発生し、運転者に違和感を与える。
しかしながら、上記車体振動低減処理によれば、このような場合もメカニカルLow変速比離脱条件が成立したと判断されて、目標とする変速機4の運転点に対応する変速比までバリエータ20を変速させるので、変速ショック及び駆動力変化が続けて起こることによる違和感を防止することができる。
また、バリエータ20の変速比をメカニカルLow変速比から離脱させる場合、副変速機構30が2速から1速に変速する際のイナーシャフェーズ(副変速機構30の変速比がLow側に変化する期間)に時期を合わせて離脱させるようにした。バリエータ20の変速比が単独で変化するとそれがそのままスルー変速比の変化に現れ、それによって起こる駆動力変化が運転者に違和感を与える可能性がある。しかしながら、副変速機構30のイナーシャフェーズにタイミングを合わせてバリエータ20の変速比をメカニカルLow変速比から離脱させるようにすれば、バリエータ20はHigh側への変速、副変速機構30はLow側への変速なので、これらを別個に変速させる場合と比較してスルー変速比の変化を抑えることができ、駆動力変化が運転者に与える違和感を低減することができる。
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2014年7月29日に出願された特願2014−154064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 (5)
- 無段変速機であって、
供給される油圧に応じてそれぞれ溝幅を変更可能なプライマリプーリ及びセカンダリプーリと、前記プライマリプーリ及び前記セカンダリプーリとの間に掛け回されるベルトとを有するバリエータと、
前記プライマリプーリ及び前記セカンダリプーリに供給される油圧が振動している場合に、前記セカンダリプーリに供給される油圧を上昇させるとともに前記プライマリプーリに供給される油圧を下げ、前記プライマリプーリの溝幅が前記プライマリプーリの構造上採りうる最大値となる変速比であるメカニカルLow変速比まで前記バリエータを変速させる制御手段と、
を備えた無段変速機。 - 請求項1に記載の無段変速機であって、
前記制御手段は、前記バリエータの変速比が前記メカニカルLow変速比に到達したら、前記プライマリプーリに供給される油圧をさらに下げる、
無段変速機。 - 請求項2に記載の無段変速機であって、
前記制御手段は、前記バリエータの変速比が前記メカニカルLow変速比に到達したら、前記プライマリプーリに供給される油圧をゼロまで下げる、
無段変速機。 - 請求項1から3のいずれかに記載の無段変速機であって、
前記制御手段は、前記プライマリプーリ及び前記セカンダリプーリに供給される油圧が振動しており、かつ、前記バリエータの変速比が最Low変速比である場合に、前記バリエータを前記メカニカルLow変速比まで変速させる、
無段変速機。 - 供給される油圧に応じてそれぞれ溝幅を変更可能なプライマリプーリ及びセカンダリプーリと、前記プライマリプーリ及び前記セカンダリプーリとの間に掛け回されるベルトとを有するバリエータを備えた無段変速機の制御方法であって、
前記プライマリプーリ及び前記セカンダリプーリに供給される油圧が振動している場合に、前記セカンダリプーリに供給される油圧を上昇させるとともに前記プライマリプーリに供給される油圧を下げ、前記プライマリプーリの溝幅が前記プライマリプーリの構造上採りうる最大値となる変速比であるメカニカルLow変速比まで前記バリエータを変速させる、
無段変速機の制御方法。
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