JP6381682B2 - 変速機制御システム - Google Patents

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Description

本発明は、変速機制御システムに関する。
従来、変速機の多くが油圧式アクチュエータを使用している。しかし、油圧式アクチュエータは応答性が悪く、温度などの環境要因による特性変化が著しい。また、油圧発生機器を搭載する必要性があるためコスト、質量、容積の悪化要因となる。
一方、電動モータのような電気機械部品については、応答性や環境要因での特性変化が少ないなどの利点はあるものの、電源容量や機械的出力が小さいという課題がある。そのため、技術的にはかなり以前から変速機用アクチュエータを電動化する発想はあったが、前記の課題のために普及が及ばず油圧駆動が大半を占めている状態である。
しかしながら近年の電動化技術の向上により前記の課題解決が図られてきていることなどから変速機においても電動オイルポンプなど電動化を考慮した製品が市場に出てきている。
変速機の電動化に関し、ステップモータがベルト式無段変速機のプライマリプーリに供給する作動油の油圧を調整する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開2008-106813号公報
特許文献１に開示される技術のように、電動モータにより変速機の位置制御を行う場合、絶対位置センサを変速機構部に設けることも考えられる。しかし、コスト低減のため、本願発明者はモータ制御用の位置センサを利用することを検討した。
モータ制御用の位置センサは、モータの電気角を計測することが主目的なため、アクチュエータを含めた機械角としての許容角度範囲をカバーできない場合が多い。このため、制御用コントローラ内で角度の積算などを行い、機械角を算出している。ここで算出された機械角は制御用コントローラの電源がOFFされることによって記憶している値が消去されると電気角と機械角の対応がとれなくなる。そのため、多くの場合は電源が無くても記憶を保持できる記憶装置に値を格納している。
しかし、前述のように記憶装置に値を格納しておいたとしても、電源OFF中にモータの回転位置が変化すると変速比との対応がずれて変速比の制御性を悪化させる。
また、通常の通電状態においても、モータの回転に対して変速比は部材のたわみやねじれや初期位置の関係で微妙にずれる可能性がある。さらにアクチュエータと回転シャフトの間にはバックラッシュが存在するため、移動方向が反転するときなどに変速比との相違が発生する。さらに、アクチュエータやモータが変化しなくても変速機の内部構造による残留応力で変速比がずれる場合もあり、やはりモータと変速比の乖離が存在してしまう。
変速比の制御として電動機（モータ）を使った場合、ギアなどでトルクを増幅させて使用する場合が多い。これはモータの出力が一定の要件を満たしても、トルクや速度の要件が満たせない場合があるからであり、多くの場合は減速比が存在する。このため、電動モータはギアを多く搭載する必要がありバックラッシュやねじれによる特性の変化が必ず発生する。
このようにモータの位置センサのみでは回転位置と変速比の間に誤差を多く持つため、変速比を直接求める計測装置が必要となる。計測装置の代表例が入力軸と出力軸に取り付ける回転センサである。両回転センサの回転速度の比が変速比となるためこれにより変速比の精度を確保することが可能である。しかし、この回転センサでは、停車時には出力軸に回転速度が発生しないため変速比を計測不可能である。
特に、車両停車時に運転者は急減速直後にIGN（イグニションスイッチ）をOFFして降車する場合もあり、変速機構によっては再発進に十分な低車速側の変速比に到達できていない場合もある。このため、停車時は変速機構上の変速比を計測するセンサが必要になるが、コストアップ、取り付けレイアウトなどに課題がある。
回転センサは変速比以外に車両の挙動を容易に把握可能なセンサであり常用されているため、モータの位置センサを用いた場合、電源OFFでの初期位置についての課題が重要なポイントとなる。
本発明の目的は、変速比の制御精度を向上することができる変速機制御システムを提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の変速機制御システムは、電動機と、前記電動機のトルクにより駆動されるアクチュエータと、前記アクチュエータの変位量に応じて変速比を変える変速機と、前記電動機に供給される電流を示す負荷電流を検出する電流センサと、前記電動機の回転位置を検出する位置センサと、前記回転位置と前記負荷電流と間の対応関係を示す複数の特性曲線と変速比とを対応付けて記憶する記憶装置と、車両の停止中に前記電動機を駆動させる駆動部、及び前記駆動部が作動している期間に前記位置センサによって検出された前記回転位置と前記電流センサによって検出された前記負荷電流と前記特性曲線とからイグニションスイッチがＯＮになったときの変速比を示す初期変速比を推定する第１の推定部を有する制御装置と、を備えるようにしたものである。また、本発明の制御装置は、電動機と、前記電動機のトルクにより駆動されるアクチュエータと、前記アクチュエータの変位量に応じて変速比を変える変速機と、前記電動機に供給される電流を示す負荷電流を検出する電流センサと、前記電動機の回転位置を検出する位置センサと、を備える車両を制御する制御装置において、前記制御装置は、前記車両の停止中に前記電動機を駆動させたときに前記位置センサによって検出された前記回転位置と前記電流センサによって検出された前記負荷電流とに基づき、イグニションスイッチがＯＮになったときの変速比を推定する制御装置である。
本発明によれば、変速比の制御精度を向上することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の実施形態による変速機制御システムの構成図である 図１に示すコントロールユニット（ＣＵ）のブロック図（模式図）である。 本発明の実施形態による変速機制御システムに用いる特性曲線を説明するための図である。 トロイダル型無段変速機に本発明を適用した実施例を示す図である。 油圧機械式変速機に本発明を適用した実施例を示す図である。 ベルト式無段変速機に本発明を適用した実施例を示す図である。
以下、図面を用いて、本発明の実施形態による変速機制御システムの構成及び作用効果を説明する。なお、各図において、同一符号は同一部分を示す。
図１は、本発明の実施形態による変速機制御システムの構成図である。図２は、図１に示すコントロールユニット１（ＣＵ）のブロック図（模式図）である。
コントロールユニット１は通信ライン３０でモータ３を制御するドライバ２に接続されており、モータ３の位置指令の送信と計測位置の受信を行う。なお、コントロールユニット１（制御装置）は、マイコン（演算装置）、メモリ（記憶装置）、通信装置、ＩＣ（Integrated Circuit）などから構成される。
ドライバ２は駆動配線３１によりモータ３の回転トルクを制御し、モータ３の回転位置を検出する位置センサ４（回転センサ）から回転位置情報を、信号線３２を介して入力して所定の位置にモータの回転位置を制御する。ここで、駆動配線３１には、モータ３に供給される電流を示す負荷電流を検出する電流センサ５が設置されている。
モータ３は回転シャフト１０を回転させることにより、アクチュエータ１１の位置を可変することができるように接続されている。すなわち、アクチュエータ１１は、モータ３のトルクにより駆動される。ここでアクチュエータ１１は、例えばボールねじ機構のようなもので回転軸に対して軸方向の移動が可能な機構であればよい。アクチュエータ１１は、モータ３の回転位置に応じた負荷をモータ３へ与える。
アクチュエータ１１は摺動シャフト１２に接続されており、シャフトの移動により変速機１３の変速比を変化させることができる。すなわち、変速機１３は、アクチュエータ１１の変位量に応じて変速比を変える。変速機１３が変速比を変化させることで入力軸１５と出力軸１４の回転速度比が変化するので、車両走行時の変速を実現することができる。
ここで、変速比の変化を実現するための変速機１３は例えばベルト式無段変速機を用いることが可能である。従来の車両であれば入力軸１５にはたとえば内燃機関が接続され、出力軸１４にはたとえば差動機（デフ）を経由して車輪が接続される。図１では発明のポイントを明確にするために省略している。
アクチュエータ１１の位置と変速比が例えば比例関係にあった場合、モータ３を回転させてアクチュエータ１１の位置を変化させることで、変速比を任意に設定可能である。これにより、車両走行中の変速を行うことが可能である。
モータ３の回転位置とアクチュエータ１１の位置も比例関係にあればモータ３の回転位置を制御することで変速比を制御することが可能である。しかしながらモータ３の回転に対して変速比は部材のたわみやねじれや初期位置の関係で微妙にずれる可能性がある。たとえば回転シャフト１０はモータ３の回転力がかかることで部材のねじれ特性により一定角度の誤差を生じる。また、摺動シャフト１２はたわみにより位置に誤差を生じる。さらにアクチュエータ１１と回転シャフト１０の間にはバックラッシュが存在するため、移動方向が反転するときなどに変速比との相違が発生する。さらに、アクチュエータ１１やモータ３が変化しなくても変速機１３の内部構造による応力で変速比がずれる場合もあり、やはりモータ３と変速比の乖離が存在してしまう。
このようにモータ３の位置センサ４のみでは回転位置と変速比の間に誤差を多く持つため、変速比を直接求める計測装置が必要となる。計測装置の代表例が入力軸と出力軸に取り付ける回転センサである。両回転センサの回転速度の比が変速比となるため、これにより変速比の精度を確保することが可能である。しかし、この回転センサでは、停車時には出力軸１４に回転速度が発生しないため変速比を計測不可能である。
車両停車時の電源OFFから次回走行前の電源ONまでに、モータ３の位置が前記機械的な誤差要因などでずれると、モータ３を駆動するドライバ２の記憶している位置情報が実際の位置と乖離する。そのため、変速比を精度よく制御することが難しくなる。
位置センサ４の位置情報の多くはモータの回転制御を行うためのものであり、電機子と磁石によって決まる電気角度範囲で計測するようにできているものが多い。その場合、モータ３の機械的回転範囲が位置センサ４の角度範囲を超えると位置センサ４の示す位置に対して変速比は２値以上をとることになり、制御位置を断定できない場合がある。
本発明の実施形態はこのような課題を解決するために以下の機能を提供する。
モータ３からアクチュエータ１１を経由した変速比の機械的な制御経路において、モータ３の位置を変速比の大小方向に変化させて、モータ３の位置と負荷電流（ACT電流）を計測する。位置と負荷電流から特性線図に従い変速位置とモータ３の位置関係からモータ３の初期位置を算出することで、電源OFF中にアクチュエータ１１や機構の変化があっても、電源ON後に初期位置を補正することが可能となる。
変速機構の特徴として、出力軸と入力軸の減速比の変化が挙げられる。この減速比の変化は、例えば、回転体が停止していた場合でも減速比を変化させようとする場合は減速比に応じた回転体の負荷が発生する。この負荷変動はアクチュエータ１１のみ変化させている場合はアクチュエータ１１のみへの負荷変動となり、これによりアクチュエータ１１を変化させることで減速比の変化を把握することができる。この変化は機構により相違するため、機構に応じた特性によりアクチュエータ１１と変速比の関係を相関つけることで実現できる。
変速機の機構によっては、アクチュエータ１１を動作させずともモータ３の負荷電流と位置から変速位置が推定できる場合もあるが、例えば後述するベルト式CVT（Continuously Variable Transmission）などではアクチュエータ１１の負荷がベルトの押しつけ力に関係するため、位置を変化させない場合は負荷電流と位置と変速比の相関を求めることは難しい。
図２に本実施形態のブロック構成を示す。まず、初期位置把握の条件判断装置５０１があり、この装置にて停車中やIGN ONの条件判定を行う。アクチュエータ１１を変速以外の目的で動作させるため、車両走行中には動作させることができない。また、課題となるIGN OFF中の変動に対応するために前述した条件判定を行う。
ここで、位置移動装置５０２（駆動部）は、イグニションスイッチがＯＮになってから所定の期間内に作動するようにしてもよく、イグニションスイッチがＯＮになったタイミングで作動してもよい。
次に位置移動装置５０２で条件判断装置５０１での条件成立中はアクチュエータ１１の操作を行い、アクチュエータ１１を低車速（Lo）側にまず変化させる。ここではアクチュエータ１１を変化させることが目的のため最初に高車速（Hi）側に変化させてもよい。
変化速度はゆっくり動作させるかまたは任意のポイントで停止を繰り返しながら徐々に低速側の限界まで移動させる。慣性モーメントなどの動的負荷を抑制するためである。なお、このとき、変速機１３の入力軸１５及び出力軸１４は停止している。位置移動装置５０２は、車両の停止中にモータ３を駆動させる駆動部として機能する。
この変化速度はモータ自身の位置を変化させるための負荷がモータを停止させた機構の負荷に加えられるため、機構の負荷状態に対して影響を及ぼさない程度がよい。ただし、特性上モータ自身の慣性モーメントなどから変化時の負荷電流が算出可能であればできるだけ早い速度で変化させる方が、位置補正が完了する時間が短くできるため好都合である。
低速側の限界まで移動後、アクチュエータ１１を今度は反対の高速（Hi）側に移動させる。最初に高速側に移動させた場合は反対の低速側へ移動させる。この間、観測装置５０３でモータ３の電流センサ５の信号と位置センサ４の信号を記憶装置６に記憶する。
図３は、本発明の実施形態による変速機制御システムに用いる特性曲線を説明するための図である。ここで、特性曲線は、位置センサ４によって検出されたモータ３の回転位置と電流センサ５によって検出された負荷電流（ACT電流）と間の対応関係を示す曲線である。特性曲線は、変速比と対応付けてコントロールユニット１に内蔵された記憶装置に記憶されているが、コントロールユニット１の外部の記憶装置に記憶されていてもよい。
観測装置５０３によって記憶されたデータは、図３に示すように、バックラッシュを含む波形となる。または、変速機構によってはマイナス側は存在しない場合もあり、さらに電流センサ５の電流値は０以外で変曲点となる場合もある。これは変速機構により定まるため、事前に変速機構の特性を把握して対比できるようにしておかなければならない。記憶データはアクチュエータ１１の移動中のみの範囲で記憶が必要なため、位置移動装置５０２で入力する条件判断装置５０１の条件成立中の情報に従い記憶タイミングを設定する。
この記憶データを解析装置５０４で事前に把握した変速機構の特性に応じて最も近い線を変速位置と判断することで車両停車中の変速比を算出可能である。
ここで、解析装置５０４は、位置移動装置５０２（駆動部）が作動している期間に位置センサ４によって検出された回転位置と電流センサ５によって検出された負荷電流と特性曲線とからイグニションスイッチがＯＮになったときの変速比を示す初期変速比を推定する第１の推定部として機能する。
詳細には、例えば、解析装置５０４（第１の推定部）は、位置移動装置５０２（駆動部）が作動している期間に位置センサ４によって検出された回転位置と電流センサ５によって検出された負荷電流とが特性曲線又はオフセット（平行移動）された特性曲線に従う（フィットする）場合に、特性曲線に対応する変速比を初期変速比と推定する。
停車中の変速比が判断できれば、変速比とアクチュエータ１１の関係を一対一とすれば容易にアクチュエータ１１の位置を推定可能であり、モータ３の初期位置もアクチュエータ１１との関連から設定できる。
ここで、解析装置５０４（第２の推定部）は、位置移動装置５０２（駆動部）が作動している期間に位置センサ４によって検出された回転位置が変化しても電流センサ５によって検出された負荷電流が変化しない場合、負荷電流が変化しない範囲の回転位置に基づいてイグニションスイッチがＯＮになったときのモータ３の回転位置を示す初期回転位置を推定してもよい。
具体的には、例えば、解析装置５０４（第２の推定部）は負荷電流が変化しない範囲の回転位置の平均を初期回転位置とする。ただし、負荷電流が変化しない範囲の回転位置の最小値と最大値の間の値であればよく、回転位置の平均に限定されない。
また、解析装置５０４（第２の推定部）は、位置移動装置５０２（駆動部）が作動している期間に位置センサ４によって検出された回転位置と電流センサ５によって検出された負荷電流の軌跡が描く曲線の変曲点における回転位置を初期回転位置と推定してもよい。
このように、変速位置とモータの初期位置を算出することで停車時の変速位置を回転センサからの変速比が確定する前に把握することができ、発進性能を向上することが可能である。
モータ３の初期位置が確定できれば、事前に記憶していた初期位置との比較が容易である。新しい初期位置を使用して変速位置を算出することで、通常走行中の変速比の制御も向上することが可能である。また、変速線にオフセットをかけるなどして新しい初期位置と記憶された初期位置の差分を随時変速線にフィードバックすることでも制御性を向上可能である。
（トロイダル型無段変速機）
図４は、トロイダル型CVT（Continuously Variable Transmission）に本発明を適用した実施例を示す図である。入力軸１５に接続された入力ディスク２０３の回転がローラ２０１にトラクションオイルを介して回転エネルギーを伝達し、ローラ２０１から出力ディスク２０２にやはりトラクションオイルを介して回転エネルギーが伝達される。
入力ディスク２０３の軸中心から入力ディスク２０３とローラ２０１の接点までが入力半径２１０であり、出力ディスク２０２の軸中心から出力ディスク２０２とローラ２０１の接点までが出力半径２１１であるから、変速比＝出力半径２１１／入力半径２１０となる。
入力軸１５は例えば内燃機関に接続され、出力軸１４は例えば差動機（デフ）を介して車輪に接続される。
ここでアクチュエータ１１の位置を変化させることで入力半径２１０と出力半径２１１が変化することにより変速比を可変できる。アクチュエータ１１の位置と変速比の関係は大まかに以下のようになる。
変速比大（低速側）：アクチュエータ１１を左側に倒す。
変速比小（高速側）：アクチュエータ１１を右側に倒す。
入力ディスク２０３と出力ディスク２０２の軸方向への押し圧が同一であればローラ２０１の傾きが平行なときにアクチュエータ１１の保持力は最低であり、傾きが大きくなるほどアクチュエータ１１の保持力は大きく必要になる。
入力ディスク２０３と出力ディスク２０２の保持トルクが無い場合はローラ２０１は水平になるように応力が働くが、入力ディスク２０３や出力ディスク２０２の接触抵抗により変化が抑えられて停止する位置が不明確となる。
このため、モータ３の制御用位置センサ４では電源OFFからON時の初期位置が不明確である。
本実施形態によれば、入力ディスク２０３と出力ディスク２０２の押しつけ圧力が同一であれば、機構の特性に応じてアクチュエータ１１の初期位置を推定することが可能である。
アクチュエータ１１を左右にゆっくり変化させることで、アクチュエータ１１の保持力が変化して保持力が一番小さくなるポイントがローラ２０１の水平点である。このポイントを初期位置として、アクチュエータ１１の移動距離に対する変速機構の特性線から最大変速比（最低速側）に調整可能である。
変速機構の特性線はローラ２０１の傾き角から計算されるモータ３の回転位置と変速比の関係であり、変速比は入力ディスク２０３と出力ディスク２０２の接触点の位置から各々のディスクの軸心までの距離である入力半径２１０と出力半径２１１から算出される値である。これは機構上の設計値として特性算出は容易である。
アクチュエータ１１を変化させる場合は負荷が発生するため、モータ３から変速機構までにシャフトのねじれやたわみやバックラッシュが必ず発生する。ねじれやたわみについては、物質の特性値と負荷の関係を把握しておくことで初期値算出の精度向上が可能である。
例えば図１に記載のアクチュエータ機構であれば、モータ３に接続されている回転シャフト１０のねじれ特性は回転シャフト１０の材料特性から回転負荷とねじれの関係を明確にできる。また、摺動シャフト１２についても同様に摺動シャフト１２の材料特性から負荷とたわみ量の関係を把握できる。バックラッシュにおいてはモータ３を反転させて負荷電流を確認することでバックラッシュの量を把握しておくことが可能である。このような誤差要因についてはモータ３を変化させた時に取得したデータに対して補正をかけておくことにより精度向上が可能である。
すなわち、解析装置５０４（第２の推定部）は、アクチュエータ１１の機構又はアクチュエータ１１を構成する部品の材料に応じて、初期回転位置を補正してもよい。また、位置移動装置５０２（駆動部）は、解析装置５０４（第２の推定部）によって推定された初期回転位置に基づいて、電動機を駆動させてもよい。
（油圧機械式変速機）
図５は、HMT（Hydraulic Mechanical Transmission）に本発明を適用した実施例を示す図である。油圧ポンプ３０３によって入力軸１５に接続されたフランジャブロック３０１内のピストンを入力軸１５の回転で押すことにより油圧を発生し、この油圧によって油圧モータ３０２が出力軸１４を回転させる。
油圧ポンプ３０３の斜板の傾きによりピストンの変動量が変わるため、変速比が可変できる。ここで、図５ではアクチュエータ１１を油圧ポンプ３０３に接続して油圧ポンプ３０３の斜板を可変にしているが、アクチュエータ１１を油圧モータ３０２に接続して油圧モータ３０２の斜板を可変にしても同様の効果が得られる。ここでは一実施例として油圧ポンプ３０３に接続する場合について説明する。
入力軸１５は例えば内燃機関に接続され、出力軸１４は例えば差動機（デフ）を介して車輪に接続される。
ここでアクチュエータ１１の位置を変化させることで油圧ポンプ３０３の斜板が変化することにより変速比を可変できる。アクチュエータ１１の位置と変速比の関係は大まかに以下のようになる。
変速比大（低速側）：アクチュエータ１１を右側に倒す。
変速比小（高速側）：アクチュエータ１１を左側に倒す。
車両停車で電源OFFにより、アクチュエータ１１は保持力が無くなるため、油圧ポンプ３０３内の残留油圧により、アクチュエータ１１は左に倒される。これにより、電源OFF後の変速位置が不明確となる。
このため、モータ３の制御用位置センサ４では電源OFFからON時の初期位置が不明確になる。
本実施形態によれば、油圧ポンプ３０３と油圧モータ３０２に一定油圧が供給されていれば、機構の特性に応じてアクチュエータ１１の初期位置を推定することが可能である。
アクチュエータ１１を左右にゆっくり変化させることで、アクチュエータ１１の保持力は設定された油圧と油圧ポンプ３０３の傾斜角に応じて変化する。保持力が一番小さくなるポイントが油圧ポンプ３０２のピストンに押し圧を与えないポイントとなる。このポイントを初期位置として、アクチュエータ１１の移動距離に対する特性線から最大変速比（最低速側）に調整可能である。
この場合は一定油圧とアクチュエータ１１の押し圧に対する特性が必要になる。特性線は設定油圧と斜板の傾斜角との対応であり、設計値でも実験からも取得は可能である。
トロイダルの場合と同様に、本機構においてもアクチュエータ１１を変化させる場合は負荷が発生するため、モータ３から変速機構までにシャフトのねじれやたわみやバックラッシュが必ず発生する。このような誤差要因については物質の特性値と負荷の関係を把握しておくことで初期値算出の精度向上が可能である。
バックラッシュにおいてはモータ３を反転させて負荷電流を確認することでバックラッシュの量を把握しておくことが可能である。このような誤差要因についてはモータ３を変化させた時に取得したデータに対して補正をかけておくことにより精度向上が可能である。
（ベルト式無段変速機）
図６は、ベルト式CVT（Continuously Variable Transmission）に本発明を適用した実施例を示す図である。入力軸１５に接続された入力プーリ１０３の回転エネルギーはベルト１０１を介して出力プーリ１０２から出力軸１４に伝達される。入力軸１５の軸中心から入力プーリ１０３とベルト１０１の接触点との距離が入力半径であり、出力軸１４の軸中心から出力プーリ１０２とベルト１０１の接点までが出力半径であるから、変速比＝出力半径／入力半径となる。
入力軸１５は例えば内燃機関に接続され、出力軸１４は例えば差動機（デフ）を介して車輪に接続される。
ここでアクチュエータ１１ａとアクチュエータ１１ｂの位置を変化させることで入力半径と出力半径が変化することにより変速比を可変できる。アクチュエータ１１ａ、１１ｂの位置と変速比の関係は大まかに以下のようになる。
変速比大（低速側）：アクチュエータ１１ａは左側、１１ｂは左側に移動する。
変速比小（高速側）：アクチュエータ１１ａは右側、１１ｂは右側に移動する。
入力プーリ１０３と出力プーリ１０２の保持トルクが無くなった場合はベルトの張力によって両方のプーリは開く側に微妙に変化することがある。
このため、モータ３の制御用位置センサ４では電源OFFからONまでの初期位置が不明確になる場合がある。
入力プーリ１０３はアクチュエータ１１ａを押し付けることによってベルトとの接点が広がる。このときはアクチュエータ１１ａに負荷が発生する。逆にアクチュエータ１１ａを離す側に変化させるとベルトの張力による負荷も減少して張力＝０でアクチュエータ１１ａの負荷＝０となる。これ以上アクチュエータ１１ａを離す側に移動してもアクチュエータ１１ａの負荷は０のままである。
この特性より、ベルト１０１と入力プーリ１０３の接触位置が把握可能である。この場合、アクチュエータ１１ｂは、位置を保持するように制御しておく必要がある。
同様にアクチュエータ１１ｂについてもアクチュエータ１１ａの位置を保持しておいて力を可変すれば、出力プーリ１０２とベルト１０１の接触位置が把握可能である。
アクチュエータ１１ａとアクチュエータ１１ｂを接触位置に調整しておいてからアクチュエータ１１ａを押し付けるとアクチュエータ１１ｂに応力が発生する。アクチュエータ１１ａの押しつけ力は、入力プーリ１０３がベルト１０１の半径を広げようとする力である。
入力プーリ１０３のベルト１０１の半径を広げると出力プーリ１０２のベルト１０１の半径は狭められようとする力が働き、結果アクチュエータ１１ｂに負荷が発生する。このアクチュエータ１１ｂの負荷は変速比が大きい（低速側）場合に大きく発生する。
この原理はアクチュエータ１１ａの押しつけ力がベルト１０１を半径方向に広げる力となる。その力はベルト１０１の掛かっている接触点に一様に分布すると仮定すれば、入力軸からベルト１０１の接触点までの距離に応じてベルト１０１の引っ張り応力が決まり、出力プーリ１０２からアクチュエータ１１ｂへの負荷はやはり出力軸からベルト１０１の接触点までの距離に応じて負荷が決まる。
そのため、位置と負荷の関係はベルト１０１の掛かり具合すなわち変速比によって特性が決まる。この特性に応じて現在の変速比を算出したものとアクチュエータ負荷が０となる位置に従って、アクチュエータ１１aとアクチュエータ１１ｂの初期位置を算出することが可能となる。
変速比を把握する他の方法として、アクチュエータ１１ａの位置を可変させる場合にアクチュエータ１１ｂの推力を一定に保つように制御する方法がある。この方式では、アクチュエータ１１ｂを推力一定に保つように制御するとアクチュエータ１１ａの位置を変化に伴いアクチュエータ１１ｂの位置は変化することになる。
この変化量はアクチュエータ１１ａの変化量に変速比を掛けた分がアクチュエータ１１ｂの変化量になるため、アクチュエータ１１ａとアクチュエータ１１ｂの変化量を測定しておくことで変速比を求めることが可能である。これにより変速機構の現在の変速比からアクチュエータ１１ａとアクチュエータ１１ｂの初期位置を算出することが可能となる。
要するにアクチュエータ１１ａとアクチュエータ１１ｂの負荷が０から立ち上がる位置を把握すればベルト１０１との接触位置が決まる。アクチュエータ１１ａに負荷をかけてアクチュエータ１１ｂの負荷を求めることでベルト１０１の掛かり具合により変速位置が把握できる。変速位置とアクチュエータ１１の絶対位置関係は機構の設計値から算出される値を用いてアクチュエータ１１の初期位置を計算できる。
アクチュエータ１１ａとアクチュエータ１１ｂを変化させる場合に負荷が発生するため、モータから変速機構までにシャフトのねじれやたわみやバックラッシュが必ず発生する。ねじれやたわみについては、物質の特性値と負荷の関係を把握しておくことで初期値算出の精度向上が可能である。
例えば図１に記載のアクチュエータ機構であれば、モータ３に接続されている回転シャフト１０のねじれ特性は回転シャフト１０の材料特性から回転負荷とねじれの関係を明確にできる。また、摺動シャフト１２についても同様に摺動シャフト１２の材料特性から負荷とたわみ量の関係を把握できる。バックラッシュにおいてはモータ３を反転させて負荷電流を確認することでバックラッシュの量を把握しておくことが可能である。
このような誤差要因についてはモータ３を変化させた時に取得したデータに対して補正をかけておくことにより精度向上が可能である。CVTの本実施例の場合はアクチュエータを２個搭載しているため、モータやドライバも２セット必要になるが、個々のアクチュエータ、モータ、ドライバについて前記特性は把握可能で補正による精度向上も可能である
。
図４、図５、図６の実施例から、モータ３によりアクチュエータ１１の位置を変化させることで変速機負荷をモータ電流として取り込み、モータ３の位置センサの情報と併せて変速機構の特性と比較することで、変速比とモータ３の相関を把握可能である。
モータ３の初期位置は、変速制御のアクチュエータ位置制御に使用する。走行中の実変速比は一般的に入力軸１５と出力軸１４に取り付けられた２つの回転センサの回転比によって求められる。変速制御はこの回転センサから算出した変速比と目標とする変速比の差を小さくするフィードバック制御と応答性を上げるためにフィードフォワード制御の両方を使用して行うことも一般的である。特にフィードフォワード制御値は初期位置の精度が悪いと追従性、応答性に影響を及ぼす。本実施形態では、初期位置の算出を行い変速制御に活用することで、応答性、追従性を向上可能である。
以上説明したように、本実施形態によれば、変速比の制御精度を向上することができる。また、変速機の位置制御にモータ制御用の位置センサを用いることで、製造コストを低減することができる。
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
上記実施形態では、アクチュエータ１１を低速側又は高速側の限界（端）まで移動させているが、限界まで移動させなくてもよい。
上記実施形態では、一例として、入力軸１５に内燃機関が接続されるが、動力源は内燃機関に限定されず、例えば、電動機であってもよい。また、内燃機関と電動機のように異なる種類の動力源を用いてもよい。
１ …コントロールユニット
２ …ドライバ
３ …モータ
４ …位置センサ（回転センサ）
５ …電流センサ
６ …記憶装置
１０ …回転シャフト
１１ …アクチュエータ
１１ａ…入力アクチュエータ
１１ｂ…出力アクチュエータ
１２ …摺動シャフト
１３ …変速機
１４ …出力軸
１５ …入力軸
１０１ …ベルト
１０２ …出力プーリ
１０３ …入力プーリ
２０１ …ローラ
２０２ …出力ディスク
２０３ …入力ディスク
２１０ …入力半径
２１１ …出力半径
３０１ …フランジャブロック
３０２ …油圧モータ
３０３ …油圧ポンプ
５０１ …条件判断装置
５０２ …位置移動装置
５０３ …観測装置
５０４ …解析装置

Claims (10)

  1. 電動機と、
    前記電動機のトルクにより駆動されるアクチュエータと、
    前記アクチュエータの変位量に応じて変速比を変える変速機と、
    前記電動機に供給される電流を示す負荷電流を検出する電流センサと、
    前記電動機の回転位置を検出する位置センサと、
    前記回転位置と前記負荷電流と間の対応関係を示す複数の特性曲線と変速比とを対応付けて記憶する記憶装置と、
    車両の停止中に前記電動機を駆動させる駆動部、及び
    前記駆動部が作動している期間に前記位置センサによって検出された前記回転位置と前記電流センサによって検出された前記負荷電流と前記特性曲線とからイグニションスイッチがＯＮになったときの変速比を示す初期変速比を推定する第１の推定部を有する制御装置と、
    を備えることを特徴とする変速機制御システム。
  2. 請求項１に記載の変速機制御システムであって、
    前記第１の推定部は、
    前記駆動部が作動している期間に前記位置センサによって検出された前記回転位置と前記電流センサによって検出された前記負荷電流とが前記特性曲線又はオフセットされた前記特性曲線に従う場合に、前記特性曲線に対応する前記変速比を前記初期変速比と推定する
    ことを特徴とする変速機制御システム。
  3. 請求項１に記載の変速機制御システムであって、
    前記制御装置は、
    前記駆動部が作動している期間に前記位置センサによって検出された前記回転位置が変化しても前記電流センサによって検出された前記負荷電流が変化しない場合、前記負荷電流が変化しない範囲の前記回転位置に基づいて前記イグニションスイッチがＯＮになったときの前記電動機の前記回転位置を示す初期回転位置を推定する第２の推定部を有する
    ことを特徴とする変速機制御システム。
  4. 請求項３に記載の変速機制御システムであって、
    前記第２の推定部は、
    前記駆動部が作動している期間に前記位置センサによって検出された前記回転位置と前記電流センサによって検出された前記負荷電流の軌跡が描く曲線の変曲点における前記回転位置を前記初期回転位置と推定する
    ことを特徴とする変速機制御システム。
  5. 請求項３に記載の変速機制御システムであって、
    前記第２の推定部は、
    前記アクチュエータの機構又は前記アクチュエータを構成する部品の材料に応じた負荷とたわみ量の関係から、誤差要因としての前記たわみ量について前記初期回転位置を補正する
    ことを特徴とする変速機制御システム。
  6. 請求項３に記載の変速機制御システムであって、
    前記駆動部は、
    前記第２の推定部によって推定された前記初期回転位置に基づいて、前記電動機を駆動させる
    ことを特徴とする変速機制御システム。
  7. 請求項１に記載の変速機制御システムであって、
    前記アクチュエータは、
    前記電動機の前記回転位置に応じた負荷を前記電動機へ与える
    ことを特徴とする変速機制御システム。
  8. 請求項１に記載の変速機制御システムであって、
    前記駆動部は、
    前記イグニションスイッチがＯＮになってから所定の期間内に作動する
    ことを特徴とする変速機制御システム。
  9. 請求項１に記載の変速機制御システムであって、
    前記イグニションスイッチがＯＮになったタイミングで作動する
    ことを特徴とする変速機制御システム。
  10. 電動機と、
    前記電動機のトルクにより駆動されるアクチュエータと、
    前記アクチュエータの変位量に応じて変速比を変える変速機と、
    前記電動機に供給される電流を示す負荷電流を検出する電流センサと、
    前記電動機の回転位置を検出する位置センサと、を備える車両を制御する制御装置において、
    前記回転位置と前記負荷電流と間の対応関係を示す複数の特性曲線と変速比とを対応付けて記憶する記憶装置を備え、
    前記制御装置は、前記車両の停止中に前記電動機を駆動させたときに前記位置センサによって検出された前記回転位置と前記電流センサによって検出された前記負荷電流と前記特性曲線とから、イグニションスイッチがＯＮになったときの変速比を推定する制御装置。
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